Бесплатный автореферат и диссертация по наукам о земле на тему

Геоэкологические аспекты оптимизации пчеловодства в системе аграрного природопользования Калининградской области

ВАК РФ 25.00.36, Геоэкология

Автореферат диссертации по теме "Геоэкологические аспекты оптимизации пчеловодства в системе аграрного природопользования Калининградской области"

На правах рукописи

Гаева Дара Владимировна

ГЕОЭКОЛОГИЧЕСКИЕ АСПЕКТЫ ОПТИМИЗАЦИИ ПЧЕЛОВОДСТВА В СИСТЕМЕ АГРАРНОГО ПРИРОДОПОЛЬЗОВАНИЯ КАЛИНИНГРАДСКОЙ ОБЛАСТИ

Специальность 25.00.36 - геоэкология (науки о Земле)

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание учёной степени кандидата географических наук

2 7 МАЙ 2015

Калининград-2015

005569573

005569573

Работа выполнена на кафедре географии, природопользования и пространственного развития федерального государственного автономного образовательного учреждения высшего профессионального образования «Балтийский федеральный университет имени Иммануила Канта»

Научный Баринова Галина Михайловна

руководитель: кандидат географических наук, доцент

Официальные Красноярова Бэлла Александровна оппоненты: доктор географических наук, профессор,

Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт водных и экологических проблем Сибирского отделения Российской академии наук, главный научный сотрудник, и.о. зав. лабораторией ландшафтно-водноэкологических исследований и природопользования

Евдокимов Сергей Петрович

доктор географических наук, профессор, Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования «Смоленский государственный университет», кафедра землеустройства и кадастра, профессор

Ведущая Федеральное государственное бюджетное образовательное

организация: учреждение высшего профессионального образования

«Санкт-Петербургский государственный аграрный универ-

Защита диссертации состоится 30 июня 2015 г. в 11:00 на заседании диссертационного совета Д.212.084.02 по защите диссертаций на соискание ученой степени кандидата и доктора наук при Федеральном государственном автономном образовательном учреждение высшего профессионального образования «Балтийский федеральный университет имени Иммануила Канта» по адресу: 236041 г. Калининград, ул. А. Невского, 14, ауд. 202, e-mail: ecogeography@rambler.ru

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Балтийского федерального университета им. И. Канта (г. Калининград, ул. Университетская, 2) и на сайте: http:/Avwvv.kantiana.ru/postgraduate/dis-list/l 48773/ Автореферат разослан » мая 2015 г.

Ученый секретарь диссертационного совета

г*-

Л-

Галина Михайловна Баринова

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность. Во многих регионах мира трансформация агрогеоси-стем гибельно отражается на их биологическом разнообразии и продуктивности, включая производство меда и опыления - важнейшей функции энтомо-фауны пчелиных. Для устойчивого природопользования и поддержания эко-системного разнообразия необходимы более детальные оценки и совершенствование путей развития агрогеосистем. Актуальность исследования геоэкологических аспектов аграрного природопользования обосновывается:

- необходимостью совершенствования методологических основ и методов оценки функционирования агрогеосистем;

- значимостью влияния эколого-климатических факторов на трансформацию структуры землепользования, продуктивность агрогеосистем и эко-системную услугу опыления.

Спрос на экологически чистые продукты требует расширения их производства и совмещения растениеводства, животноводства и пчеловодства на одной территории, без ущерба для каждого из этих видов землепользования. Зависящие от флористического разнообразия пчелы - маркер сбалансированности функционирования агрогеосистем, но в научных публикациях почти полностью отсутствует информация о численности и составе домашних медоносных пчел и диких видов семейства пчелиных Калининградской области. Данная работа посвящена геоэкологической специфике пчеловодства как природно-технической подсистемы аграрных геосистем в самом западном регионе России с весьма благоприятными природно-климатическими предпосылками для развития пчеловодства в условиях устойчивого аграрного природопользования.

Теоретическая и методологическая основа исследования - основные принципы и подходы к геоэкологической оценке и оптимизации агрогеосистем (Ю. Бучас, И.Милюс, Б.И. Кочуров, Б.А. Красноярова, О.Н.Трапезникова и др.); к выявлению роли пчел в агрогеосистеме (Ю.И. Макаров, И.Н. Мишин, W.K Dixon, D.A. Stanley, J. Banaszak), к проблемам влияния климатических факторов на жизненные циклы и продуктивность культурных растений (О.Э. Суховеева, N.V. Fedoroff, L. Verainkaite, I. Sauliene, A. Bukantis, A. Donelly, M. Högling, A. Menzel); к применению методов оценки экосистемных услуг (М. Swinton, М. Prather, E.F.Granek, A.Decourtye, I.J.Bateman, H.Eckersten, M.Portman, R.Groot, Т.М.Красовская, Н.И.Тульская и др.).

Цель исследования. Оптимизация пчеловодства в системе аграрного природопользования на основе геоэкологического подхода.

Для достижения этой цели решались следующие задачи:

1. Рассмотреть существующие подходы к определению понятия «агро-геосистема».

2. На основе историко-географического анализа выявить особенности развития аграрного природопользования, в том числе пчеловодства, на территории Калининградской области.

3. Оценить современное состояние природно-ресурсного потенциала пчеловодства.

4. Изучить влияние аномальных изменений регионального климата на продуктивность агрогеосистем.

5. Оценить значение экосистемных услуг опыления медоносными пчелами для оптимизации аграрного природопользования.

Научная новизна. Впервые пчеловодство исследовано как структурный элемент агрогеосистемы, взаимодействующий с агроклиматическими условиями, землепользованием и энтомофильными растениями (услуги опыления). По продолжительности фазы цветения и продуктивности характерных медоносных растений лесных, луговых и болотных фитоценозов проведена типизация растительных сообществ и представлена их картографическая визуализация. Разработана методика оценки благоприятности территории для пчеловодства с учетом её ресурсной обеспеченности.

В условиях длительного эксперимента на модельном участке выявлены трансформация структуры посевов, снижение медопродуктивности и нарушения связей агрогеосистемы. Получены оригинальные данные об изменениях видового состава фитоценоза залежи под влиянием экстенсивного землепользования. В связи с современным потеплением климата установлена асинхронность жизненных фаз начала цветения медоносных растений и первого весеннего вылета пчел - опылителей. Разновременность дат начала цветения одуванчика (Taraxacum officinale) и пробуждения медоносных пчел (Apis melifera) в 2014 г. по сравнению с 2002 г. увеличилась на 33 дня. Сдвиг даты пробуждения пчел к более ранним срокам происходит со скоростью около четырех дней/год.

С 1990 по 2014 гг. выявлено трехкратное увеличение посевных площадей под энтомофильными культурами и обосновано количество семей пчел (около 40 тыс.), требуемое для эффективного опыления сельскохозяйственных культур в условиях Калининградской области.

Теоретическая значимость исследования заключается в обосновании геоэкологического подхода к оценке роли пчеловодства как структурного элемента агрогеосистемы, а также в получении новых знаний о факторах, влияющих на экосистемные услуги опыления медоносными пчелами, в разработке направлений оптимизации аграрного природопользования на региональном уровне.

Практическая значимость результатов определяется возможностью их использования на региональном и муниципальном уровнях. Результаты используются в БФУ имени И. Канта при чтении курсов: «Экологический мониторинг», «Агроэкология» и «Сельскохозяйственное природопользование».

Достоверность результатов обеспечена использованием массива статистических данных по сельскохозяйственному сектору региональной экономики с!889 по 2014 гг.; данных по температуре и осадкам метеорологической станции Кенигсберг-Калининград с 1848 по 2011 гг.; результатов, полученных автором в ходе фенологических наблюдений на экспериментальном участке «Ягодное» с 2002 по 2014 гг. При выполнении работы использовались методы сопряженного

анализа компонентов природной среды, картографирования, статистического анализа с применением программных пакетов Microsoft Office Excel, ArcGis 9.3.

Защищаемые положения

1. Агрогеосистема - основное теоретическое понятие, позволяющее исследовать природно-антропогенные условия экосистемного сервиса (услуг опыления) культурных растений медоносными пчелами.

2. Современные тренды изменения регионального климата - рост среднегодовой температуры воздуха, увеличение продолжительности периода активной вегетации растений и сумм температур за этот период, более ранний переход среднесуточной температуры воздуха весной через 5 и 10 С - определяющие геоэкологические предпосылки расширения посевных площадей и введения в севооборот теплолюбивых культур. Резко выраженная межгодовая изменчивость длительности вегетационного периода, возросшее количество лет с высокой засушливостью, рост числа дней с экстремально высокой температурой воздуха летом увеличивают угрозы для вегетации, зимовки и снижения нектаропродук-тивности растений.

3. По распространенности дикорастущих медоносных растений луговых, лесных и болотных фитоценозов на территории Калининградской области выделено три типа сообществ: высокопродуктивные, среднепродуктивные, условно продуктивные для пчеловодства. По ресурсной базе и геоэкологическим угрозам для пчеловодства дифференцированы три группы районов: с неблагоприятными условиями, благоприятными и самыми благоприятными.

4. Природно-техногенная трансформация агрогеосистем в условиях Калининградской области определяется снижением доли пашни в общей площади сельхозугодий, ростом залежных земель, увеличением площадей под техническими культурами, укрупнением животноводческих комплексов на фоне общего снижения численности скота, усилением конфликтности в аграрном природопользовании, включая пчеловодство. На модельном участке выявлено снижение пригодности территории для диких опылителей и медоносных пчел из-за уменьшения доли лугов и пастбищ, однако доказано, что экстенсивное использование залежи повышает агроэкологическую ценность угодий для пчеловодства.

5. Оптимизационная модель агрогеосистемы, включающая в качестве целей повышение плодородия почв, деконцентрацию производства, расширение спектра культур в севооборотах как средство улучшения условий осуществления экосистемных услуг опыления медоносными пчелами.

Информационная база. Публикации по истории и географии Калининградской области; картографические материалы; отчетные статистические данные Территориального органа Федеральной службы государственной статистики по Калининградской области за 1953-2014 гг.; данные Федеральной службы по гидрометеорологии и мониторингу окружающей среды; Государственного архива Калининградской области; нормативно-правовые документы; материалы интернет-сайтов Администрации Калининградской области; результаты модельного эксперимента, выполненного автором.

Личный вклад автора заключается в сборе и обобщении фактического материала, статистической обработке полученной информации и составлении карт. Разработан методический подход; выполнен анализ полученных данных и осуществлена их интерпретация, сформулированы выводы и предложены практические рекомендации по оптимизации пчеловодства в системе аграрного природопользования.

Апробация работы. Работа поддерживалась грантом РФФИ №12-0531437 мол_а «Конфликтогенные барьеры устойчивого развития приморского региона». Результаты апробированы на всероссийских и международных научных конференциях: «Проблемы управления социально-экономическими процессами региона», (Калининград, 2006, 2007, 2012); «Современные проблемы геологии, географии и геоэкологии» (Грозный, 2013); «Структурно-динамические особенности, современное состояние и проблемы оптимизации ландшафтов» (Воронеж. 2013); «7th Study Conference on BALTEX» (Borgholm, Öland, 2013); «Региональные эффекты глобальных изменений климата (причины, последствия, прогнозы)», (Воронеж, 2012); „Sustainable Animal Production in the Baltic Sea Region" (Uppsala, Sweden, 2012); «Ecosystem Health and Sustainable Agricultute» (Rogow, Poland. 2012). Работа поддержана совместным грантом Министерства образования и науки РФ и Германской службы академических обменов (DAAD) в рамках программы «Михаил Ломоносов» в 2014 г.

Публикации. По теме диссертации опубликовано 14 работ, из них 4 в изданиях, рекомендованных ВАК РФ, 1- в коллективной монографии

Структура и объем работы Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения и списка литературы; содержит 196 страниц, 60 рисунков, 28 таблиц. Список литературы включает 255 наименований, в том числе 69 на иностранных языках.

Благодарности. Автор искренне благодарен за поддержку и постоянную помощь в работе научному руководителю, кандидату географических наук, доценту Г.М. Бариновой и доктору геолого-минералогических наук, профессору Е.В. Краснову, а также А.Д. Гаевой за большой вклад в проведение фенологических и ботанических исследований и консультации. За важные советы и конструктивные замечания автор признателен доктору сельскохозяйственных наук, профессору Э.М. Паракшиной.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

В первой главе «Теоретико-методологические аспекты изучения аг-рогеосистем» обсуждаются эволюция понятия «геосистема» и методические подходы к изучению аграрных геосистем. Агрогеосистема представлена как совокупность взаимодействующих между собой природных и техногенных компонентов, функционирующих на основе фотосинтеза с участием полезной флоры и фауны, отчасти регулируемых человеком. Основное внимание уделено отношениям между структурными элементами системы: насекомыми-опылителями -энтомофильными растениями - землепользованием - природно-климатическими факторами и условиями.

Аграрную геосистему среди других отличают: неделимость природной и антропогенной подсистем; невозможность длительного удаленного управления; ограниченность контроля климатического воздействия. Выбор наиболее репрезентативных показателей (критериев), отражающих территориальную дифференциацию геоэкологических и социально-экономических условий в Калининградской области, представлен как основа минимизации негативных последствий и сохранения сервисной функции пчеловодства в агрогеосистеме. Развитию геосистемного подхода в науках о Земле современные исследователи обязаны В.И. Вернадскому, Л.С. Бергу, H.H. Колосовскому, A.A. Григорьеву и др. Особую роль использование геосистемного подхода играет в решении глобальных и региональных проблем взаимодействия общества и природы.

Геосистемы обеспечивают самые разнообразные услуги обществу: регулирующие, культурные, поддерживающие, необходимые для осуществления других услуг. Они могут быть местными (опыление растений насекомыми или ветром); региональными (регулирование паводков и самоочистка воды) и глобальными (саморегулирование климата). Геосистемы генерируют широкий спектр услуг, но решения землепользователей часто игнорируют их ценность. Сложность оценки услуг зачастую связана с отсутствием необходимой информации, трудностью адаптации друг к другу различных методик. Все же некоторые исследования показывают высокую ценность экосистемных (средооб-разующих) услуг по сравнению с их ресурсной стоимостью (Красовская, Тульская, 2013). Услуги опыления пчелами и другими насекомыми культурных растений способствуют росту производства фруктов, орехов и овощной продукции, по стоимости в несколько раз превышающую сельскохозяйственные субсидии (Swinton at al., 2007). В долговременной перспективе отсутствие услуги опыления снижает видовое разнообразие лесных, болотных и луговых фитоценозов.

Во второй главе «Природно-климатические и нсторико-географические предпосылки развития аграрного природопользования и место пчеловодства в агрогеосистеме» климат анализируется как природный ресурс, выявлены его изменения во второй половине XX - начале XXI вв., дается характеристика почвенного покрова и растительности Калининградской области. Доказано, что потепление климата, особенно очевидное в последние три десятилетия, становится значимым фактором для аграрного природопользования. Наиболее интенсивное потепление происходит в зимние и весенние месяцы, со скоростью роста среднемесячной температуры воздуха в январе и феврале 0,2-0,4 С/10 лет. Ранним переходом среднесуточной температуры воздуха весной через +5 С и +10 С определяются возможности расширения посевных площадей и введения в севооборот культур теплолюбивых растений (соя, кукуруза). Вместе с тем возросшая межгодовая изменчивость засушливых сезонов и числа дней с высокой температурой воздуха летом и малоснежными зимами, увеличивают риски вегетации, зимовки растений, их нектаропродуктивности.

Начало масштабного аграрного землепользования на территории Калининградской области (бывшей Восточной Пруссии) относится к началу строительства польдеров (XVII в.), которое завершилось в конце XVIII в. С середины

XIV в. на протяжении 500 лет в регионе развивалось бортевое пчеловодство. Деятельность бортников регулировалась законодательством, а их продукция облагалась налогами. С 1907 г. по 1939 г. происходил процесс укрупнения земельных участков: количество предприятий с площадью сельхозугодий в 5-10 га сократилось более чем наполовину.

В развитии аграрного производства выделено 4 периода, обусловленных изменением приоритетности его направлений и сопровождавшихся трансформацией структуры землепользования. Первый период - довоенный, характеризуется преобладанием площадей, занятых зернобобовыми культурами (35-50%) и незначительным распространением (8-6%) окультуренных, высокопродуктивных пастбищ с урожайностью трав 35-42 ц/га. Практически все пригодные земли были вовлечены в севооборот. Росло производство концентрированных кормов для скота, преимущественно высевалась смесь клевера красного двухукосного с тимофеевкой. К началу XX в. на территории Восточной Пруссии сложились благоприятные социально-экономические и геоэкологические условия для приусадебного пчеловодства. В 1912 г. на 100 га территории приходилось 7,0 семей пчел.

Второй период - советский, со структурой сельхозугодий, ориентированной на молочное животноводство. Более 50% земель стабильно отводилось под сенокосы и пастбища. Площадь пашни, засеянной зерновыми культурами, составляла 48%. Средняя плотность пчелиных семей резко уменьшилась - до 1,0 на 100 га. Для третьего - постсоветского периода характерно значительное изменение структуры сельхозугодий. По результатам сельскохозяйственной переписи 2006 г. пастбища и сенокосы в Калининградской области занимали около 35%, пашня — 43%, 21% всех земель сельхозназначения относилось к залежам.

Современный период, начиная с 2007 г., отличается значительным сокращением площади пашни до 18% в 2010 г., увеличением площади залежных (неиспользуемых) земель до 33%. Полуприродные кормовые угодья - сенокосы и пастбища занимают 49%, но биоразнообразие их снизилось за счет снижения почвенного плодородия, закисления и заболачивания почв, частых луговых пожаров. На фоне роста урожайности зерновых культур и картофеля, прослежена тенденция снижения их валовых сборов и рост объемов технических культур, прежде всего рапса. Авторские карты отражают динамику доли посевов рапса в общей площади пашни муниципальных образований в 2003 и 2013 гг. Показано, что интенсификация скотоводства, в частности, укрупнение ферм, увеличение доли свиноводства в животноводстве ведут к снижению площадей культурных луговых угодий с высоким фиторазнообразием, обеспечивающих широкий спектр экосистемных услуг. Пчеловодство в структуре сбалансированного аграрного природопользования должно занять особое место в связи с синергетиче-скими типами отношений, когда различные виды деятельности взаимодействуют друг с другом, положительно влияя на общую биопродуктивность. В третьей главе «Оценка экосистемных услуг в аграрном природопользовании» представлены результаты анализа природно-антропогенных условий эко-системного сервиса. Пчела, как вид, всецело зависит от флористического разнообразия. экологического состояния геосистемы (воды, почвы, воздуха). Пчелы наиболее подвержены негативному воздействию трансформационных процессов

8

в агрогеосистемах, и по сути, являются маркером сбалансированности их функционирования. На основе натурных наблюдений на пасеках Полесского и Славского районов, с учетом опубликованных данных о нектаропродуктивности лесных и луговых растений, автором были определены наиболее распространенные дикорастущие медоносные растения лесных, болотных и луговых фитоцено-зов — всего 34 вида. При анализе учитывались растения либо с медопродуктив-ностью от 100 кг и выше, либо с более низкой медопродуктивностью, но с длительным периодом цветения (20 и более дней). Наибольшей медопродуктивностью характеризуются лесные фитоценозы, занимающие около 18% территории области. Стабильность медосбора в большей степени обеспечивает растительность опушек и вырубок. Многие лесные медоносные растения имеют длительный период цветения - до 60-90 дней. У золотарника канадского и вереска обыкновенного цветение заканчивается в сентябре, что исключительно важно для пчел, активных в условиях Калининградской области до середины октября. Природно-климатические условия региона позволяют получать товарный моно-флерный мед с болотных медоносных растений от первой декады июня по октябрь. Преимущество болотных ассоциаций как медоносной базы определяется длительностью цветения растений. Благоприятные микроклиматические условия болотных геосистем, - пониженная скорость ветра, малая амплитуда температуры, высокая влажность воздуха, также способствуют нектаровыделению. В условиях антропогенного воздействия для пчеловодства наиболее значимы сообщества пойменных лугов и лесных опушек. Они отличаются стабильной медопродуктивностью (100-370 кг/га) и благоприятны для размещения стационарных пасек. Сведения о продолжительности цветения и нектаропродуктивности медоносных растений позволили выделить три типа растительных сообществ для пчеловодства и выполнить их картографическую визуализацию (рис.1).

I — высокопродуктивные сообщества широколиственных лесов, широколиственно-хвойных подтаежных лесов, пойменных лугов в сочетании с осоковыми болотами. Медосбор интенсивный - 350-700 кг/га, с апреля по август.

II - среднепродуктивные сообщества под хвойными лесами, низинными болотами, сфагновыми болотами и заболоченными лугами, частично облесенные. Медосбор умеренный - 100-350 кг/га, с мая по август; на сфагновых болотах с мая по октябрь, с перерывом с середины июня до начата августа.

III — условно-продуктивные сообщества: черноольховых и мелколиственных лесов, дюнных комплексов, сельскохозяйственных угодий. Получение товарного меда возможно только на пастбищных и сенокосных угодьях, а также при наличии медоносных растений в севообороте. Сельскохозяйственные медоносные угодья представлены кормовыми, пищевыми и техническими культурами: кормовые травы - люцерна посевная (Medicago sativa L.); клевер гибридный (Trifolium hybridum L.); клевер красный (Trifolium pretense L.); вика кормовая (Vicia sativa L.); гречиха посевная (Fagopyrum esculentum Moench), бобы кормовые (Faba vulgaris Moench), рапс (Brassica napus L.), в целом занимает 36,7 тыс. га или 20 % от общей посевной площади. Посевы рапса среди сельскохозяйственных медоносных культур доминируют (85%). Вновь создаваемые

травяные угодья - монокультура райграсса (Lolium perenne L.) непродуктивны для пчеловодства.

Наряду с обеспечением оптимальных условий для опыления сельскохозяйственных культур, травяные угодья выполняют и другие экосистемные услуги: связывание углерода, сохранение почвенного плодородия (сдерживание эрозии), формирование местообитаний полезной фауны. Садовые культуры - яблоня, груша, вишня, слива, смородина черная, крыжовник и др. с медопродуктив-ностью от 10 до 75 кг/га в Калининградской области занимают площадь около 4 тыс. га и важны прежде всего как обеспечивающие поддерживающий медосбор в весенний период.

Загрязнение аграрных и лесных геосистем негативно отражается как на качестве продуктов пчеловодства, так и на жизнеспособности и продуктивности пчел. Численность пчелиных может снижаться под воздействием природных и антропогенных факторов: сокращение рефугиумов - подтопление гнезд пчел в результате увеличения количества осадков, весенних палов травы; недостаток корма в засушливые периоды; снижение видового разнообразия медоносной растительности; загрязнение атмосферного воздуха, поверхностных вод. Один из сильнейших факторов антропогенного воздействия - инсектициды. Количество вносимых пестицидов на пахотных землях региона - одно из самых высоких в России (более 1 кг/га).

Геоэкологическая оценка природно-антропогенных условий пчеловодства осуществлялась путем расчета отношения ресурсной обеспеченности территории к совокупным угрозам антропогенного воздействия. В алгоритм расчета включены: ресурсная обеспеченность: площадь посевов многолетних трав в га; площадь лесов в га; транспортная доступность медоносных ресурсов (плотность дорожной сети км/1000 га). Выбор предлагаемых критериев обосновывается тем, что многолетняя растительность - необходимый компонент, поддерживающий равновесие в освоенном ландшафте. Геокологические угрозы оценивались через показатели загрязнения компонентов природной среды: загрязнение атмосферного воздуха (выбросы, тонн/год); сброс сточных вод в поверхностные водные объекты (м7год); посевные площади энтомофильных монокультур (рапс) в га. При этом учитывалось, что низкое качество рапсового меда снижает потенциал территории с его посевами как медоносных угодий. Оценка благоприятности территории для пчеловодства выполнялась в условных единицах. Выделены три группы районов (рис.2): с неблагоприятными условиями (индекс 0-1,0) -Гурьев-ский, Гусевскин, Зеленоградский, Неманский, Черняховский; с благоприятными (индекс 1,0-2.0) - Гвардейский, Краснознаменский, Нестеровский, Правдинский; наиболее благоприятными условиями (индекс 2,0-5,0) - Багратионовский, Озер-ский. Полесский, Славский. Среди возделываемых коммерческих культур зависят от опыления пчелами - рапс, бобовые и гречиха, их соотношение в севообороте - 88%, 9% и 3 % соответственно (рис. 3). Площади под энтомофильными культурами в 2014 г. по отношению к 1990 г. увеличились в три раза (рис. 4).

Медопродуктивность растительных сообществ

высокопродуктивные I ^ШШ среднепродуктивные II '/,'/'■'■ условно-продуктивные III

Рисунок 1 - Карта-схема медопродуктивности растительных сообществ Калининградской области (составлена автором на основе карты А.А. Суховой (2002)

Гкокопоппк». ,сло™ Административно-территориальное долен«

■ СЛЙ61'Ки;! МУХНЦШВЛЬНЫЙ рзйОк 8. -¡«'грнкхоекии М

*•' невдыский муйицшштеяый гдан 5. Гусеецыай муйв

; район Батсзтйзйоеий!

* Поломкой ыун»;.«лзяы.»йй ■ * 2 Прав;

13.0жрт»<

Рисунок 2 - Геоэкологическая оценка условий благоприятности для пчеловодства территории Калининиградской области

I технические культуры (рапс, горчица) I бобовые

гречиха

Рисунок 3 - Соотношение площадей пчелоопыляемых культур в севообороте, %, 2014 г.

500.0 400.0 300.0 200.0 100.0 0.0

1.1.) 111.1

год

Рисунок 4 - Изменение площади под энтомофильными сельскохозяйственными культурами, в % к 1990 г.

По данным о валовых сборах и урожайности за 2014 г., средней закупочной цене по каждой энтомофилыюй культуре (рапс, горчица, горох, кормовые бобы и гречиха) и средних затрат на производство 1 тонны продукции (зерна) была рассчитана общая стоимость урожая энтомофильных культур в Калининградской области. С учетом затрат на возделывание она составила около 18,4 млн. ам. долл. С учетом общей площади сельхозкультур в регионе и норм для их опыления было рассчитано оптимальное число пчелиных семей - около 40 тысяч.

Результаты многолетнего исследования ресурсного потенциала пчеловодства на модельном участке «Ягодное». Влияние структурной динамики сельскохозяйственного землепользования на реализацию услуги опыления изучалось в Полесском районе (поселок Ягодное: 54 46'59.9Г'с.ш.; 21 32'02.23"'в.д) с 1992 г. по 2013 г. Территория участка с учетом оптимального расстояния полета пчел до источников медосбора 1,5 км представляет собой окружность диаметром 3 км и площадью 730 га, с расположенной в центре пасекой (рис.5 ;6). За исследуемый период структура землепользования на участке существенно изменилась - площадь под сенокосным лугом и пастбищами сократилась с 481 до 230 га - более, чем на 50% за счет посевов технических культур - кукурузы и рапса. Площадь залежей не изменилась и составляет около 5%. Земли под зерновыми культурами частично были выведены из оборота и залежи стали исполь-зоватся как сенокосы и пастбища. Для оценки трансформации агрофитоценоза залежи исследовали видовой состав растительности сенокосного луга и пастбища в 2004 г. и 2013 г. Укос луговых трав производился одноразово - в конце июня-начале июля. По агроэкологическим функциям растения были разделены на шесть групп: кормовые - 14 видов, ограниченно-кормовые 16, медоносные - 25, 31 вид отнесен к пыльценосным растениям, азотфиксаторы - 7 видов. Отдельно выделена группа сорных растений - 14 видов, снижающих продуктивность луга как в хозяйственном так и в геоэкологическом отношениях. В результате геоботанического обследования установлен ряд изменений.

Сенокосный луг. В 2004 г. был представлен злаково-разнотравным сообществом 46-ти видов растений: 10 злаков, 7 - бобовых, 27 — разнотравье, 1 -осока, 1- ситник. Проективное покрытие около 97%: на долю злаков приходилось 50%, разнотравья - 43%, бобовых - 7%. Доминанты - ежа сборная, костер безостый, тимофеевка, пырей ползучий. В 2013 г. проективное покрытие достигло 100%, количество бобовых возросло до 50%, доля разнотравья уменьшилась до 30%, злаков - до 20%. Обильны клевер красный (луговой), мышиный горошек, лядвенец рогатый, подмаренник мягкий, ястребинка зонтичная, подорожник ланцетный, овсянница луговая, тимофеевка.

Пастбищный луг. В 2004 г. луг был представлен мелко-злаковым разнотравным сообществом, включающим 21 вид: разнотравье — 9, бобовые — 3, злаки — 6, осоки — 2, ситник - 1. Проективное покрытие не более 85%, в котором: доля злаков - 60%, разнотравья - 35%. бобовых - 5%. В составе травостоя были распространены щучка, полевица, вейник пурпурный, душистый колосок, лисохвост, бодяк полевой, клевер белый, пижма. В 2013 г. они сменились бобово-злаковым-разнотравным сообществом со 100% покрытием.

13

залежь

сенокос/пастбище [у^:.-] зерновые

зерновые

сенокос/пастбище

ия а

20 40 60

5,%

Рисунок 5 - Структура посевных площадей на модельном участке «Ягодное», 1992 г.

СТРУКТУРА ПОСЕВНЫХ ПЛОЩАДЕЙ

:•:•>:< кукуруза картофель

рапс

Ьмр! 14

! 1 1...........

■

М 5 ;—'—|-1--1--j-1

Г ' залежь сенокос/пастбище РШй сенокос/пастбище залежь

О 10 20 30 40 50

Б, %

Рисунок 6 — Структура посевных площадей на модельном участке «Ягодное», 2013 г.

В составе травостоя - 27 видов, включая 15 разнотравных, 5 злаков, 5 видов бобовых, осоки — 1, ситник — 1. В проективном покрытии доминировали бобовые - 50%, разнотравье - 35%, злаки - 15 %.

Эксперимент показал, что при экстенсивном использовании залежи с сенокошением и выпасом скота структура растительных сообществ значительно трансформировалась — в 7-10 раз увеличилась доля бобовых. В травостое возросла роль медоносных растений. Однако сокращение биоразнообразия в агро-геосистеме из-за преимущественного использования монокультур приводит к снижению пищевой ценности нектара и пыльцы, а также к ослаблению иммунитета насекомых. В культурных агроландшафтах полуестественных лугов целесообразно использовать травосмеси, включающие полифункциональные медоносные растения. Для оптимального развития аграрных территорий необходимы регулярный севооборот с включением бобовых, значительное увеличение лесополос и повсеместное восстановление садоводства. В соответствии с агроклиматическими условиями региона для включения в севооборот предложены 16 видов медоносных растений.

В четвертой главе «Трансформация аграрного природопользования и пути оптимизации пчеловодства» исследуются геоэкологические аспекты антропогенной трансформации землепользования, анализируются последствия изменений климата для продуктивности агрогеосистем, определены направления оптимизации пчеловодства.

Площадь пашни в 60-80-е годы XX в. составляла в регионе около половины всех сельхозугодий, залежные земли отсутствовали. По результатам сельскохозяйственной переписи 2006 г. пастбища и сенокосы занимали около 35%, пашня - 43%, 21% от всех земель сельхозназначения относились к залежным. В 2010 г. площадь пашни уменьшилась до 18%; доля залежных земель увеличилась до 35%, под сенокосами и пастбищами находилось до 47% сельскохозяйственных земель.

Сенокосные и пастбищные геосистемы практически повсеместно утратили былой статус, сменились малопродуктивными разностоями, подвергаются ежегодным весенним палам и затоплению. Высокую экономическую и экологическую ценность представляют лишь удобряемые посевы многолетних трав, залежи, используемые как сенокосы, пастбища и пойменные луга. В перспективе возможно продуктивно использовать около 400 тыс. га лугов и пастбищ. Анализ изменений структуры посевных площадей в хозяйствах всех категорий с 1990 по 2013 гг. выявил, что площади под многолетними травами и кормовыми культурами уменьшилась в 4 раза. Посевы технических культур (рапс) увеличилась в 17,5 раз и занимали в 2013 г. - 17% от всей площади пашни. К настоящему времени около 50% сельскохозяйственных угодий региона - залежные, малоисполь-зуемые земли.

Для оценки уровня сельскохозяйственной нагрузки на агрогеосистемы были выбраны три показателя: доля сельхозугодий от общей площади района, плотность скота (голов на 1 га пашни), доля монокультур (рапса) от площади всех посевов.

По хозяйственной нагрузке проведено ранжирование административных образований и представлена ее картографическая визуализация. Наиболее высок уровень нагрузки в восточных районах области, что обусловлено значительной долей сельхозугодий и плотности скота. Низким уровнем нагрузки отличаются западные районы (Зеленоградский, Багратионовский, Гурьевский).

Стихийный вывод сельскохозяйственных земель из оборота спровоцировал заселение залежей инвазивными растениями-неофитами, формирующими плотносомкнутые монодоминантные сообщества, флористический состав которых зависит от типа исходного сообщества. Растения-неофиты негативно воздействуют на другие виды (конкуренция, передача заболеваний, генетические эффекты) и геосистему в целом (круговорот питательных веществ, природные сукцессиии, изменение пищевых цепей). При обследовании залежей (старше 5-ти лет) в Полесском, Гвардейском и Славском районах были выявлены монодоминантные сообщества люпина многолистного (Lupinus polyphellus Lindl.), борщевика Сосновского (Heracleum sosnowskyi М.), астры иволистной (Aster salignus Willd.) и золотарника канадского (Solidago canadensis L.). Цветение астры и золотарника в позднелетний период увеличивает риск заражения их семенами новых угодий. К негативным для опылителей факторам воздействия отнесены концентрирование тяжелых металлов медоносными растениями, весенние и осенние палы травы. В 2013 г. было зафиксировано 897 палов на площади около 1,2 тыс. га.

Анализ последствий современных изменений клгшата для продуктивности агрогеосистем. Вековой ход средней годовой температуры воздуха в г. Калининграде по скользящим десятилетиям за период с 1850-2010 гг. выявил достаточную согласованность с изменениями температуры в Северном полушарии (рис.7). Вторая половина XX в. и начало XXI в. отличается от предшествующих периодов высокой скоростью роста теплообеспеченности сельскохозяйственных культур. Сумма температур воздуха за период активной вегетации растений увеличивалась со скоростью в среднем на 56 /10 лет, продолжительность периода -2,4 сут/10 лет. Скорость роста сумм температур и продолжительности периода с температурой выше 5 несколько ниже — 48 С/10 лет и 1,6 суток /10 лет соответственно.

В связи с потеплением климата в севооборот вводятся теплолюбивые растения - соя и гречиха. Однако значительные межгодовые колебания температуры воздуха, бесснежные зимы представляют опасность для их выращивания, как и для озимых зерновых культур. Так. в последнюю декаду января 2010 г. в течение 4 дней минимальная температура воздуха была ниже -20°С, при отсутствии снежного покрова, средняя температура января составила -8,1°С (самая низкая за последние 20 лет), месячное количество осадков составило 26,5 мм (52% от нормы) - в результате погибло около 80% озимого рапса.

Продуктивность пчеловодства и растениеводства напрямую зависит от количества дней без осадков с июня по август, так как в этот период происходит уборка трав на сено и цветение основных медоносных растений. Проведенный анализ числа дней с осадками и без осадков в % от нормы в Калининградской

области за период 1980-2010 гг. показал, что во вторую декаду июня количество дней с осадками превышает норму на 20%.

Рисунок 7 - Вековой ход средней годовой температуры воздуха в Кенигсберге-Калининграде по скользящим десятилетиям, горизонтальной линией показана норма

Первая и вторая декады июля характеризуются ростом числа дней без осадков на 25-30%. Негативное воздействие на урожайность важнейших пищевых. кормовых и технических сельскохозяйственных культур оказывают в период вегетации экстремально высокие температуры воздуха. Так. при температуре воздуха близкой к 30 С и выше нарушается процесс фотосинтеза растений с температурным оптимумом в диапазоне 20-25° С. Эти нарушения приводят также к снижению нектаропродуктивности растений (Пономарева с соавт., 1986), а следовательно и качества опыления. За последние два десятилетия в регионе возросло число дней с температурой воздуха выше 29.5°С, что представляет риск для вегетации растений, в том числе медоносных (рис. 8).

Рисунок 8 - Число дней с температурой выше 29,5°С за период активной вегетации растений, по данным метеостанции г. Калининград

На фоне роста температуры воздуха обнаружена значительная вариабельность гидротермических условий оцененная на основе расчета индекса засушливости. Во второй половине XX в. были заметны тенденция к снижению частоты индекса засушливости в категории "норма" и рост повторяемости индекса в категории «засушливо». В начале XXI в. резко возросло количество лет (40%) с высокой засушливостью в мае. что увеличивает риски для аграрного природо-

пользования, поскольку дефицит влаги в начале вегетационного сезона (апрель-май) негативно влияет на рост и развитие большинства сельскохозяйственных культур.

Для плодовых культур особенно опасны весенние заморозки после даты перехода температуры воздуха через 10 С, так как они снижают урожайность плодовых культур и опылительную активность пчел. В датах последнего заморозка в воздухе наблюдается сдвиг на более ранние сроки — заморозки заканчиваются раньше, что снижает вероятность повреждения цветов и завязей растений.

По результатам многолетнего эксперимента для 13 видов культурных и дикорастущих растений определены даты начала цветения основных медоносных растений в радиусе лета пчел. Выявлено, что у яблони, вишни и липы сроки цветения наступают раньше средних многолетних дат на 4-36 дней в 100% случаев. У бодяка сдвиг даты начала цветения отмечен в 57% случаев, отрицательные и положительные отклонения составили от 2 до 8 дней. Клевер белый в 90% случаев - зацветает раньше на 7-23 дня.

В связи с тем, что начало цветения первых медоносных растений часто не совпадает с началом активного периода у пчел, увеличение асинхронности фе-нофаз может приводить к их голоданию и ослаблению, к повышению расходов на подкормку в весенний период. От года к году асинхронность фенофаз значительно варьирует. В дате пробуждения пчел отмечен сдвиг на более ранние даты со скоростью 4,6 суток в год. Так, различие между датами начала цветения одуванчика (Taraxacum officinale Wigg.) - важного кормового растения для пчел (Apis mellifera L.) в весенний период и их пробуждением в 2002 г. составляло 32 дня, а в 2014 г. возросло до 75 дней (рис.9).

Рисунок 9 — Наступление фенологических дат начала активного периода жизнедеятельности пчел и начала цветения одуванчика, в н. «Ягодное», Полесский район.

Для оптимизации пчеловодства в системе аграрного природопользования необходимо более тесное сотрудничество с сопредельными странами и реги-

онами, восстановление существовавшей ранее системы государственного экологического контроля и мониторинга. Предложены два типа возможных действий по обеспечению роли пчеловодства в устойчивом аграрном природопользовании.

В рамках первого типа действий представлена оптимизационная модель агрогеосистемы. включающая деконцентрацию производства, увеличение биоразнообразия за счет расширения спектра многоцелевых культур, важных в агроэкологическом отношении; повышение почвенного плодородия путем увеличения доли многолетних трав в севооборотах; улучшение условий для экоси-стемных услуг.

Второй тип возможных действий по оптимизации пчеловодства увязан с упреждающей оценкой роли пчел в агрогеосистеме, и прежде всего их услуг опыления энтомофильных растений, а также с производством меда, пыльцы, воска и др. продукции. Оптимальное функционирование пчеловодства в аграрном природопользовании зависит от ряда природных и антропогенных факторов.

Природно-климатический потенциач территории — определяющий фактор развития пчеловодства и его экономической эффективности.

Хозяйственная деятельность человека влияет на пчеловодство через изменение разнообразия медоносных растений и численность пчел. Кадровый потенциал призван обеспечить производство экологически чистой продукции, защиту пчел от негативного воздействия промышленных и аграрных производств. Правовое обеспечение должно регулировать отношения пчеловодства с другими отраслями сельского хозяйства и обеспечивать контроль качества продукции пчеловодства.

ВЫВОДЫ

В выполненном исследовании агрогеосистема представлена как совокупность взаимодействующих природных и антропогенных компонентов с участием полезной флоры и фауны, включая медоносных пчел. Особое внимание при этом уделялось геоэкологическим аспектам отношений в геосистеме: природно-климатические факторы - аграрное землепользование-насекомые-опылители — медоносные растения. В результате были сделаны следующие выводы.

1. Исторические изменения структуры землепользования на территории Калининградской области и резкие смены приоритетов в аграрном производстве привели к ухудшению эколого-экономических условий для пчеловодства.

2. Для завершающих этапов трансформации аграрного землепользования в 1990-2013 гг., были характерны снижение доли посевных площадей, расширение посевов технических культур, укрупнение размеров животноводческих комплексов на фоне общего снижения численности сельскохозяйственных животных. Климатические изменения (засухи, аномальные температуры) способствовали возникновению конфликтных ситуаций и расширению спектра геоэкологических угроз для пчеловодства.

3. Выделено три типа потенциальной медопродуктивности растительных сообществ: высокопродуктивные, включающие широколиственные леса, широ-

20

колиственно-хвойные подтаежные леса, пойменные луга в сочетании с осоковыми болотами; среднепродуктивные - под хвойными лесами, низинными болотами и заболоченными лугами, частично облесенные; условно-продуктивные -черноольховые и мелколиственные леса, дюнная растительность, сельскохозяйственные угодья.

4. По совокупности оценочных индикаторов благоприятности агрогеоси-стем для пчеловодства (площади посевов многолетних трав и лесов; транспортная доступность медоносных ресурсов), экологические угрозы (загрязнение атмосферного воздуха; сброс сточных вод; посевы энтомофильных монокультур). Самые благоприятные для пчеловодства условия выявлены в Багратионовском, Озерском, Полесском и Славском районах; благоприятные - в Гвардейском, Краснознаменском, Нестеровском, Правдинском; неблагоприятные - в Гурьев-ском, Гусевском, Зеленоградском, Неманском и Черняховском.

5. Доказано, что в новейшее время в услугах опыления медоносными пчелами на территории Калининградской области нуждается в 3,5 раза больше посевов, занятых энтомофильными культурами, чем в 1990 г. Рассчитаны экономическая значимость услуг опыления в агрогеосистемах региона (18,4 млн. ам. долл.) и общее количество семей пчел, необходимых для этого (около 40 тыс.).

6. Показано, что при экстенсивном использовании залежи с сенокошением и выпасом скота в структуре растительных сообществ до 7-10 раз увеличивается доля бобовых, что повышает агроэкологическую ценность залежи для пчеловодства. Однако, выявленная в ходе многолетнего эксперимента трансформация структуры природопользования на модельном участке, вызванная уменьшением площадей под лугами и пастбищами и ростом земель, занятых техническими культурами, в целом негативна для диких опылителей и медоносных пчел.

7. За последние два десятилетия в результате роста числа дней с экстремально высокими летними температурами воздуха выше (29,5 С) повысились угрозы для процессов фотосинтеза и нектаропродуктивности растений. Многолетнее повышение средней годовой температуры приземного слоя воздуха; увеличение продолжительности вегетационного периода, усиление засушливости климата усложняют адаптацию к нему агрогеосистем, требующих расширения посевов теплолюбивых культур (кукуруза, соя, гречиха и др.).

8. С учетом выявленных изменений природно-климатических и антропогенных условий развития агрогеосистем определены направления оптимизации аграрного природопользования в условиях Калининградской области: повышение структурного разнообразия агроландшафтов, улучшение доступности угодий с наиболее высокой медопродуктивностью, расширение посевных площадей и включение в севооборот новых видов медоносных растений полифункционального назначения; совершенствование пастбищной системы животноводства с увеличением доли многолетних трав в структуре севооборотов; организация системы мониторинга численности пчелиных семей по муниципальным районам с экономической оценкой услуги опыления сельскохозяйственных культур медоносными пчелами.

ОСНОВНЫЕ ПУБЛИКАЦИИ ПО ТЕМЕ ИССЛЕДОВАНИЯ Статьи в изданиях, рекомендованных ВАК

1. Гаева Д.В. Влияние аномальных условий среды на жизнеспособность пчел//Вестник Российского гос. ун-та им. И. Канта, 2008. Вып. 1., С. 62-65.

2. Митрущенкова Г.О., Гаева Д.В. Конфликты лесопользования и пути их разрешения в условиях Калининградской области//Вестник Российского гос. унта им. И. Канта, 2009. Вып. 1. С. 100-104.

3. Баринова Г.М., Гаева Д.В. Геоэкологические условия производства продукции пчеловодства в Калининградской области//Вестник Балтийского федерального ун-та им. И. Канта, 2013. Вып. 1. С.13-20.

4. Гаева Д.В. Оценка экосистемных услуг в аграрном природопользовании //Вестник Балтийского федерального ун-та им. И. Канта, 2015. Вып.1. С.19-34.

Публикации в других изданиях

5. Гаева Д.В. Медоносные пчелы как объект экологического мониторин-га//Вестник Российского гос. ун-та им. И. Канта, 2006. Вып. 1., С. 42-47.

6. Гаева Д.В. Пасеки как природно-технические системы и возможности их развития в условиях Калининградской области//Проблемы управления социально-экономическими процессами региона: Мат-лы II межд. науч. — практ. конф., Ч. 1; Калининград: Изд-во ин-та«КВШУ», 2006. С. 85-90.

7. Гаева Д.В. Программируемые медосборы в Калининградской обла-сти//Проблемы управления социально-экономическими процессами региона. Мат-лы межд. науч. - практ. конф. - Калининград: Изд-во ин-та «КВШУ», 2007. С.147-149.

8. Гаева Д.В. Природно-климатические предпосылки развития пчеловодства в Калининградской области//Исследования Балтийского региона. - Калининград: Изд-во РГУ им. И. Канта., 2009. №2, С. 67-70.

9. Баринова Г.М., Гаева Д.В. Изменения климата: агроэкологические вызовы и ответы в Южной Прибаттике//Региональные эффекты глобальных изменений климата (причины, последствия, прогнозы): Мат-лы межд. науч.конф. - Воронеж: Изд-во «Научная книга», 2012. С 369-372.

10. Гаева Д.В. О природных и техногенных факторах развития пчеловод-ства//Проблемы управления социально-экономическими процессами региона: Мат-лы межд. науч. - практ. конф., Калининград: Изд-во AHO ВПО «КИУ»,

2012. С. 96-102.

11. Гаева Д.В. Конфликтные геоэкологические ситуации в аграрном природопользовании Калининградской области//Современные проблемы геологии, географии и геоэкологии. Мат-лы Всерос.науч.-практ. конф., МахачкалагАЛЕФ,

2013. С.195-198.

12. Баринова Г.М., Кохановская М.И., Гаева Д.В. Антропогенные ландшафты Калининградской области: современное состояние, конфликты//Структурно-динамические особенности, современное состояние и проблемы оптимизации ландшафтов: Мат-лы межд. конф., - Воронеж: ВГУ, 2013. С.46-49.

13. KrasnovE. V., Barinova G. M., Gaeva D.V. Regional aspects of climate in the southeast Baltic region in connection with global changes //7th Study Conference on BALTEX. Conference Proceedings., 2013. P. 73-75.

14. Krasnov E. V., Barinova G. M., Gaeva D.V. Changes of South Baltic Region Climate: Agroecological Challenges and Responses//Handbook of Climate Change Adaptation, Ed. W. Leal Filho, Springer-Verlag, Berlin-Heidelberg, 2014. [Электронный ресурс]. URL: http://link.springer.com/referenceworkentrv/10.10Q7/978-3-642-40455-9 17-1

Гаева Дара Владимировна

ГЕОЭКОЛОГИЧЕСКИЕ АСПЕКТЫ ОПТИМИЗАЦИИ ПЧЕЛОВОДСТВА В СИСТЕМЕ АГРАРНОГО ПРИРОДОПОЛЬЗОВАНИЯ КАЛИНИНГРАДСКОЙ ОБЛАСТИ

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата географических наук

Подписано в печать 24.04.2015. Формат 60x90 1/16 Бумага для множительных аппаратов. Ризограф. Усл. печ. л. 1,5. Уч.- изд. л. 1,0. Тираж 100 экз. Заказ 076 Отпечатано в типографии Издательства Балтийского федерального университета им. И. Канта, 236022, г. Калининград, Гайдара, 6