Министерство сельского хозяйства и продовольствия Российской Федерации
Иркутская государственная сельскохозяйственная академия
Кафедра сельскохозяйственной экологии
Курсовая работа
Разработка системы мероприятий по рациональному использованию пахотных земель и создание высокопродуктивных устойчивых агросистем в хозяйстве «Хайтинское», Усольского района
Выполнила:
Деревяшкина М. С. студентка 4 курса ,2 группа
агрономического ф-та
Проверила: Дмитриева Е.А.
Иркутск
2009
Содержание
Задание
Введение
1 Характеристика абиотических условий
2 Эдафические условия района
3 Оценка состояния агроэкосистем
3.1 Экологическая оценка агроландшафтов
3.2 Оценка экологичности системы земледелия
3.3Устойчивость почвенного блока
4 Перспективная система мероприятий по созданию высокопродуктивных агорэкосистем
4.1 Мероприятия по повышению стабилизации агроландшафтов
4.2 Мероприятия по повышению экологичности систем земледелия
4.3 Мероприятия по повышению экологической устойчивости почвенного блока
Заключение
Список использованных источников
Задание
Усольский район. Хозяйство «Хайтинское»
Таблица 1
Землепользование.
| Общая земельная площадь, га | 12070 |
| В том числе из с/х угодий | 4160 |
| Пашня | 3662 |
| Сенокосы | 418 |
| Пастбища | 80 |
| Лес | 7400 |
| Пруды и водоемы | - |
| Приусадебные участки | 258 |
| Дроги | 29 |
| Болота | 49 |
| Прочие | 174 |
Таблица 2
Структура посевных площадей.
| Пашни | 3662 |
| Пары | 692 |
| Всего посевов | 2970 |
| Зерновые | 1670 |
| Картофель | 220 |
| Овощи | 200 |
| Кормовые | 880 |
| Корнеплоды | 80 |
| Кукуруза | - |
| Силосные | 200 |
| Многолетние травы | 300 |
| Однолетние травы | 300 |
Таблица 3
Урожайность.
| Зерновые | 27 |
| Картофель | 380 |
| Овощи | 250 |
| Корнеплоды | 300 |
| Многолетние травы на сено | 20,0 |
| Однолетние травы на сено | 25,0 |
| Кукуруза | - |
| Силосные | 250 |
Введение
Сельскохозяйственная экология – наука о факторах внешней среды, их влиянии на организмы культивируемых растений и животных, о природных комплексах, преобразованных деятельностью человека для производства экологически чистой продукции растениеводства и животноводства.
Развитие сельскохозяйственной экологии проходило неравномерно. В первой половине текущего столетия были достигнуты большие успехи в изучении влияния условий среды на рост и развитие культурных растений, урожайность сельскохозяйственных культур. В середине столетия в общей и, в частности, в сельскохозяйственной экологии стали преобладать системные исследования. Появились фундаментальные работы по изучению аграрных ландшафтов, агробиоценозов, пастбищных и ферменных биогеоценозов.
История развития сельского хозяйства характеризуется главным образом стремлением получить как можно более высокие урожай культивируемых растений. На смену малоурожайных культур и сортов пришли новые, более продуктивные. В ходе искусственного отбора и селекции выведены сорта растений с максимальной долей полезной для человека продукции (зерна, плодов, клубней и т.д.).
Интенсификация растениеводства и животноводства сопровождается увеличением расхода дополнительной энергии. Эта энергия используется для обработки почв, посевов сельскохозяйственных культур, уборки урожая, производства и применения минеральных удобрений, пестицидов и т.д. в итоге возрастает энергетическая «цена» каждой пищевой калории.
Считается, что до появления сельскохозяйственного производства все животные и фотосинтезирующие растения могли поддержать существование около 10 млн человек. Теперь, когда 10% планеты вспахано, орошено, удобрено, сельское хозяйство обеспечивает жизнь более 5 млрд человек. Часть биопродукции люди потребляют непосредственно, часть скармливают животным и только и только затем используют. Помимо сельского хозяйства источником пищи служат и другие части мировой экосистемы (сенокосы, пастбища, Мировой океан). Вместе с тем, по данным ООН, 0,5 млрд человек в мире, жителей главным образом развивающихся стран, голодают, а до 2 млрд человек не обеспечены нормальным питанием, т.е. недоедают.
Сельскохозяйственные угодья Земли включают огромное количество агробиоценозов. Агробиоценозы занимают около 1,2 млрд га, что составляет более 10% всей поверхности суши. Пашня дает человечеству 88% пищевой энергии. Кроме того, примерно 10% этой энергии оно получает от пастбищных экосистем. Около 2% пищевой энергии поставляет Мировой океан. Приведенные цифры убедительно показывают значение сельского хозяйства. Сельское хозяйство, будучи важным источником питания людей и сырья для промышленности, одновременно представляет собой могучий фактор воздействия человека на окружающую среду. Оно особенно усилилось с ростом населения планеты, повышением энерговооруженности, совершенствованием агротехнических приемов и селекции.
Развитие сельского хозяйства породила такие негативные явления, как деградация почв, загрязнения среды, ухудшение качества производимой продукции, появление ряда новых болезней растений, животных и людей.
Возникла необходимость экологизации сельского хозяйства.
Для достижения экологической устойчивости и сохранения природно-ресурсного потенциала требуется не только осуществить экологизацию производственной деятельности человека, но и обеспечить охрану природных жизнеобеспечивающих систем. Для этого необходима система мер по предотвращению их загрязнения, поддержанию целостности и восстановлению. Решение этой задачи – не что иное, как возврат долгов природе и введение социально-экономического развития в экологически безопасное русло, определенное возможностями природно-ресурсного потенциала регионов, емкостью ландшафтов, т.е. способностью их принять и трансформировать определенное количество вещества и энергии при устойчивом функционировании.
1 Характеристика абиотических факторов
Географическое положение на юге Иркутской области и сложный рельеф определяют климатические особенности района. Наиболее изученной в метеорологическом отношении является северная часть территории.
Среднегодовая температура воздуха в северной, наиболее освоенной сельским хозяйством части района, равна 1,2 – 1,4 °, температура января –21,5 –23,4°, а июля 18,2 – 18,6°. Сумма положительных среднесуточных температур воздуха более 10° довольно высокая и составляет 1750°. Продолжительность безморозного периода 112 дней.
По данным наблюдений метеостанции Дабады, средняя температур июля в горах понижается до 15,1°, среднегодовая температура воздуха соответственно уменьшается до -3,9°.
Годовая сумма осадков составляет 380-440 мм с максимумом в июле и минимумом в марте. В Предсаянье количество осадков резко возрастает , достигая в Раздолье 525, Тальянах-609, а на водоразделах до 700 мм.
Высота снежного покрова по территории неравномерна – от 20-40 см в равниной части до 60-80 см в горах. Многолетняя мерзлота встречается лишь в Предсаянье. Условия увлажнения территории в целом благоприятны для земледелия. Коэффициент увлажнения за летний период составляет в среднем 0,60. Дефицит почвенной влаги отмечается лишь в отдельные годы в мае – июне и может быть восполнен снежными и водными мелиорациями, с оросительными нормами 500-1000 м³/га. Дополнительного увлажнения требует производство овощных и кормовых культур.
Анализ климата позволяет сделать вывод о благоприятных условиях увлажнения и теплообеспеченности равнинной части территории.
Реки Усольского района относятся к бассейну р. Ангара, которая в северной части территории находится в подпоре от плотины Братской ГЭС крупнейшими реками являются собственно Ангара, Белая с притоком Хайта, Китой с притоками Ода, Тойсук, Черемшанка, Целота, Картагон. Густота речной сети изменяется от 0,3-0,4 км/км² на севере района, до 0,5-0,7 км/км² - на юге. Значительные по площади болотные массивы, как отмечалось выше, располагаются в левобережье Китоя, особенно по долинам рр. Картогона и Целота. Озера небольшие, преимущественно пойменный.
Величины стока изменяются по территории от 156 до 457 мм и в сильной мере зависят от высоты бассейна. Неравномерное распределение стока отмечается также и по сезонам. Так, в течение весеннее – летнего периода по р. Китой проходит 83 – 84% годового стока, а в зимнюю межень – всего около 7%. Наибольшая водность на этой реке наблюдается в июле – августе в период выпадения летних дождей, весеннее половодье отсутствует. Для рек, формирующих свой сток в равнинной части территории, максимальные расходы и уровни воды могут быть приурочены как к весеннему половодью, так и к паводкам. Зимой многие малые реки перемерзают и формируют наледи.
Усольский район в целом богат водными ресурсами , которые широко используются в качестве источников промышленного и бытового водоснабжения. Крупными водопотребителями являются предприятия химической промышленности г. Усолья – Сибирского. По р. Китой производится лесосплав. На Ангаре (Братском водохранилище) широко развито судоходство. Основными загрязнителями поверхностных вод служат промышленные и бытовые стоки г. Усолье – Сибирского, сбрасываемые в Ангару. Следует отметить, что самоочищающая способность реки ниже Усолья – Сибирского резко снижена , т.к. она находится в подпоре, является верхним участком Братского водохранилища. Сохранение чистоты водных ресурсов в этих условиях возможно лишь путем скорейшего внедрения очистных сооружений, прекращения лесосплава и пр.
2 Эдафические условия района
Формирование почвенного покрова происходит в контрастных физико-географических условиях. На горном юге района, где развиты кислые кристаллические и метаморфические породы, распространены гольцово-дерновые, горнолесные, мерзлотно-болотные и горно-дерновые перегнойные почвы. В предгорьях на аллювиоделювии известняков и доломитов формируются дерново-карбонатные выщелочные почвы. На Иркутско –Черемховской равнине образование почв происходит на суглинистых и песчано-суглинистых отложениях значительной мощности, преобладают серые лесные, небольшими участками лугово-черноземные, черноземы выщелочные, встречаются дерновые и дерново-подзолистые почвы.
В долинах многочисленных рек в южной горной части района формируется мерзлотно-болтные почвы, а в их нижнем течении на равнине преобладают мерлотно-луговые почвы.
Район располагает большими площадями дерново-карбонатных почв, обладающих высокими лесорастительными свойствами: содержание гумуса в среднем 7-10%, карбонаты присутствуют лишь в иллювиальном горизонте, но во всем профиле содержаться обломки коренных пород, низкая устойчивость к размыванию.
Наиболее освоены сельским хозяйством серые лесные почвы и черноземы на горизонтальных и слабонаклонных поверхностях мощность гумусового горизонта серых лесных почв около 25 см содержание гумуса 4-11%, в пахотных почвах мощность верхнего горизонта составляет 23 см.
В выщелоченных черноземах содержание гумуса от 10 до 16% при мощности верхнего горизонта от 25 до 45 см. В черноземах содержание гумуса в слое остается почти постоянным, а затем резко падает.
Эти почвы повсеместно в той или иной степени подвержены эрозии, смытые, чему способствует ухудшение структуры, вызванное длительным аграрным использованием.
В земельном фонде сельскохозяйственных предприятий района пахотные и пахотнопригодные почвы высокого и среднего плодородия до 40% площади. Приемы использования и ухода за этими почвами должны быть направлены на предохранения от эрозии, проведение агрокультурных мероприятий по поддержанию и повышению плодородия.
Кормовые угодья занимают около 25% площади сельхозпредприятий. Под ними используются луговые и болотные почвы. Они характеризуются низкими агрономическими свойствами, комплексностью заболоченных и засоленных почв, закустаренностью.
Максимальная продуктивность естественной растительности на данных почвах превышает 15 (до 25) ц/га сена. Необходимы расчистка, внесение удобрений, осушение, современное сенокошение, нормирование и регулируемое стравливание.
Резервом для сельскохозяйственного освоения является почвы под лесными массивами (33%), сведение лесов допустимо почти на маломощных серых лесных, дерново-карбонатных, пойменных и болотных почвах, т.к. в ходе ее практически уничтожаются наиболее ценные для сельского хозяйства почвенные горизонты. Вместе с тем следует учитывать, что лесные массивы могут использоваться для временного выпаса скота. Кроме того, леса на землях сельхозпредприятий выполняют климаторегулирующие и водоохранные функции.
3 Оценка состояния агроэкосистем
3.1 Экологическая оценка агроландшафтов
Сельскохозяйственная организация территория должна осуществляется с учетом ее ландшафтно-типологических и региональных различий. Одно из важнейших задач рациональной организации территории является формирование такого морфологического облика агроландшафта, который отличался бы не только высокой продуктивностью, но экологическим разнообразием, эстетической привлекательностью и, кроме того, удовлетворял бы санитарно-гигиеническим требованиям.
Такая организация сельскохозяйственной территории может быть достигнута на основе глубокого изучения, анализа и учета ландшафтной неоднородности земельного фонда, разработки конкретных землеустроительных, лесовосстановительных, мелиоративных и других проектов, которые должны предусматривать оптимальное сочетание параметров хозяйственной нагрузки в конкретном ландшафте.
Важнейшим нормативным критерием здесь является уровень допустимого однообразия агроландшафтов: оптимальное сочетание технологических условий территории (размеры и конфигурация полей и т.д.) и биотических составляющих (участки лесов, полей, лугов, кустарников, болот и т.д.).
С экологической точки зрения современный ландшафт – это целостная система взаимосвязанных и взаимодействующих компонентов. Необходимо предпосылкой для грамотного управления процессами использования ландшафта является разработка теоретико-методических основ решения конкретных практических задач. При этом к вопросам первоочередной важности относится оценка устойчивости современного ландшафта (в том числе и аграрного) и его оптимизации.
В соответствии с приводившейся ранее общей трактовкой понятия «устойчивость», по отношению к ландшафту ее можно рассматривать как способность сохранять свои структуру и функции при внешних воздействиях.
Под оптимальным понимают ландшафт, структуры и функции которого максимально соответствуют возможностям и потребностям нормального сбалансированного развития отдельных его компонентов или определенным целям его использования. В соответствии с этим оптимизация ландшафта – это комплекс мероприятий по сохранению или модификации существующих и формированию новых связей между различными составляющими ландшафта в целях его рационального использования, сохранения полезных свойств (в том числе и природных ресурсов) и предупреждения их возможной утраты, установление максимального полного соответствия природного потенциала ландшафта социально-экономическим функциям, задаваемым ему человеком.
Агроландшафты являются целостными генетически однородными пространственно-временными единицами, несмотря на то, что определенная часть их естественного растительного покрова замена агроценозами.
С позиции системного подхода, учитывающего особенности формирования функционирования ландшафтов, представляются возможными следующие предпосылки оптимизации агроландшафтов.
Во-первых, формирование и поддержание на оптимальном уровне структуры и функционирования земельных угодий, обеспечивающих необходимое разнообразие и устойчивость агроландшафтов.
Во-вторых, экологическая оптимизация агроландшафтов должна обеспечивать восстановление и сохранение местного генетического фонда живой природы, а также восстановление и сохранение естественных ценозов.
В-третьих, восстановление и сохранение обводненности территории, которая должна соответствовать естественному фонду данного ландшафтного образования.
В-четвертых, экологическая оптимизация агроландшафтов обеспечивается целенаправленным развитием сети охраняемых природных территорий различных рангов и статуса (от микрозаказников до заповедников).
Рассматривая вопросы устойчивости и оптимизации ландшафтов, очень важно располагать системой количественных оценок и характеристик изучаемых процессов. В этой связи заслуживает внимание возможность оценивать степень экологической устойчивости ландшафта с помощью коэффициента экологической стабилизации (КЭСЛ), интегрирующего качественные и количественные характеристики абиотических и биотических элементов ландшафта.
Методика определения коэффициентов экологической стабилизации.
Согласно В. А. Баранову, первый метод с помощью этого коэффициента основан на определении и сопоставлении площадей, занятых различными элементами ландшафта, с учетом их положительного или отрицательного влияния на окружающую среду:
Где, Fcm –площади, занятые стабильными элементами ландшафта- сельскохозяйственными культурами и растительными сообществами, оказывающими на него положительное влияние (леса, зеленые насаждения, естественные луга, заповедники, заказники и пахотные земли, занятые многолетними культурами: люцерной, клевером, травосмесями);
Fнcm – площади, занятые нестабильными элементами ландшафта (ежегодно обрабатываемые пашни, земли с неустойчивым травяным покровом, склонами, площадями под застройкой и дорогами, зарастающими или заиленными водоемами, местами добычи полезных ископаемых, другими участками, подвергающимися антропогенному опустошению).
Оценку ландшафта производят по следующей шкале:
КЭСЛ1 характеристика ландшафта
<0,5 нестабильность хорошо выражена
0,51…1,00 состояние стабильное
1,01…3,00 состояние условно стабильное
4,51 и более стабильность хорошо выражена
Биотические элементы ландшафта оказывают неодинаковое влияние на его стабильность. Для оценки ландшафта необходимо учитывать не только их площади, но и внутренние свойства, а также качественное состояние (влажность и профиль биотопа, структура биомассы, геологическое строение, местоположение и морфология поверхности):
Где, fi-площадь биотического элемента;
Кэз- коэффициент, характеризующий экологическое значение отдельных биотических элементов (например, площадь застройки-0; пашня-0,14; виноградники-0,29; хвойные леса-0,38; сады, лесные культуры, лесополосы-0,43; огороды-0,5; луга-0,62; хвойно-широколиственные леса-0,63; пастбища-0,68; водоемы и водостоки-0,79; лиственные леса-1,0);
Кr - коэффициент, геолого-морфологической устойчивости рельефа (1,0- стабильный, 0,7 – нестабильный, например, рельеф песков, склонов, оползней);
Ft – площадь всей территории ландшафта.
Оценку ландшафта производят по следующей шкале:
КЭСЛ2 характеристика ландшафта
<0,33 нестабильный
0,34…0,50 мало стабильный
0,51…0,66 средне стабильный
Более 0,66 стабильный
Расчеты по КЭСЛ1 и КЭСЛ2 дают основную информацию о степени экологической устойчивости исследуемого ландшафта, необходимую для выбора соответствующих мероприятий по его защите и переформированию.
Коэффициент экологической стабилизации хозяйство «Хайтинское», Усольский район.
Нестабильные элементы: Стабильные элементы:
Fнст Сенокосы-418
Пашня-3662 га Пастбища-80 га
Пуды и водоемы-0 га Лес-7400 га
Приусадебные участки, огороды-258 га Болота-49 га
Дороги-29 га
Прочие-174 га
4123 га 7947 га
Всего: 12070
КЭСЛ - коэффициент экологической стабилизации.
Где, fi-площадь биотического элемента;
Кэз- коэффициент, характеризующий экологическое значение отдельных биотических элементов;
Кr- коэффициент геолого-морфологической устойчивости рельефа;
Ft- площадь всей территории ландшафта.
КЭСЛ2=(3662*0,14)+(418*0,62)+(80*0,68)+(7400-0,63)+(258*0)+(29*0)+(49*0,79)+(174*0):12070= 0,46
Вывод: в результате расчетов КЭСЛ1, данный агроланшафт характеризуется в 1,92 - состояние условно стабильное.
КЭСЛ2-0,46 мало стабильный.
3.2 Оценка экологичности системы земледелия
Разнообразие форм техногенного и аграрного воздействий, увеличивающееся масштабы и объемы антропогенной нагрузки, наличие многочисленных негативных изменений в почвах, свойства, режим и функции которых стали отличаться от аналогичных показателей реликтовых или эталонных почв, послужили основанием говорить о патологии почвы. Не мене справедливым будет утверждение о патологическом состоянии большинства современных агроэкосистем, основные компоненты, которых подвержены той или иной форме антропогенного воздействия и находятся в конечных зонах устойчивости, граничащих с потерей этого качества. Подобное состояние агроэкосистемы напрямую связано со стратегическими и тактическими издержками, которые характерны для аграрной деятельности человека и появляются в характере землепользования и культивирования агроэкосистемы.
Ущерб плодородию почвы и окружающей среде, причиняемый несбалансированным применением избыточных доз пестицидов, удобрений и мелиорантов, использованием тяжелой техники в районах с повышенным увлажнением, нарушениями зональных технологий возделывания культур и мелиорации почв, характерен для нерационального или экстремального земледелия, в котором интенсивность упрощенно понимается как концентрация ресурсов в расчете на единицу площади без учета степени и качества их использования. В действительности в интенсивном земледелии повышение урожайности культур обеспечивается благодаря эффективному использованию средств химизации, биологических способов защиты растений, мелиоративных приемов, внедрению прогрессивных технологий, учитывающих зональную почвенно-экологическую специфику, что, в конечном счете, способствует повышению плодородия почв и охране агроланшафтов от загрязнения и деградации. Однако экологическая ситуация остается достаточно напряженной, что дает повод усомниться в безопасности традиционных интенсивных систем земледелия и осознать необходимость разработки альтернативных производственных систем, из которых наиболее известна биологическая система земледелия.
На первых этапах
Учитывая преимущества и недостатки этих двух противоположных концепций, многовариантность форм антропогенного давления на агроэкосистемы и стремление интенсифицировать все стадии производства сельскохозяйственной продукции, а также принимая во внимание значительное ухудшение качества окружающей среды, следует признать необходимой разработку новой адаптивной системы земледелия, эффективность которой соответствовала бы более широкому спектру критериев.
Следовательно, современное управление устойчивостью агроэкосистемы и использование для этого практических средств должны предусматривать достижение разумного компромисса между количеством продукции, ее качеством, масштабами затрачиваемых природных и технических ресурсов и нарушениями в окружающей среде. Эти параметры в своей совокупности и характеризуют новый тип современного земледелия – адаптивный, под которым понимают экологическую дифференциацию агротехнологий, направленную на достижение высокой степени соответствия аграрных форм деятельности природным механизмам саморегуляции экосистем путем оптимизации или компенсации внешних и внутренних факторов и свойств, лимитирующих развитие продуцентов агроэкосистемы.
В отличие от альтернативного земледелия, которое предполагает приоритет какого-либо одного критерия, адаптивно-компромиссное направлено на достижение рациональной сбалансированности критериев и представляет собой промежуточную форму между биологическим и традиционными типами земледелия.
Расчет экологической системы земледелия.
В качестве критериев оценки влияния сельскохозяйственной деятельности на агроэкосистемы предложено использовать показатель экологичности земледелия (Кэз), для расчета которого служат следующие характеристики: урожай культуры (У) и их количество (n), коэффициент гумификации растительных остатков (Кr), масса вносимых органических удобрений (Мо) и коэффициент их гумификации (Ко), масса минерализации гумуса и количество пожнивных остатков (Ммн), масса потерь гумусовых веществ за счет эрозии (Мэв), масса расхода гумуса на формирование урожая (Мгу), коэффициенты, выражающие повторяемость культуры за ротацию севооборота (Кр) и долю данной культуры в севообороте (Кд).
Расчет устойчивости агроэкосистем при различных системах земледелия (звеньях севооборота).
Звено: пар-ячмень с внесением органических удобрений):
То же самое без внесения органических удобрений:
Вывод: в результате эрозии и насыщенности севооборотов происходит активный расход гумуса, а значение Кэз в первом звене - 0,58 свидетельствует о умеренной экологичности используемых систем земледелия.
3.3 Устойчивость почвенного блока
Разрушение и создание органического вещества составляют сущность почвообразования. Из этого общеизвестного положения вытекает принципиально важное следствие – соотношение между процессами минерализации и гумификации обуславливает экологическое равновесие в почве. Сбалансированность названных процессов отражает суть экологической устойчивости почвенного блока, а следовательно, и агроэкосистемы в целом. Определение количественных параметров, соответствующих состоянию экологического равновесия в почве, раскрытие его природы и разработка на этой основе методов целенаправленного воспроизводства почвенного плодородия – важная научно-практическая задача, требующая комплексных решений, в том числе с учетом и агроэкологических аспектов проблемы.
Достаточно значимым количественным показателем интенсивности процессов минерализации органического вещества почвы может служить отчуждение (вынос) азота с урожаем сельскохозяйственных культур. Процессы гумусообразования, наоборот, связаны непосредственно с накоплением азота в почве, поэтому величину аккумуляции его в приросте запасов гумуса можно принять за объективный показатель гумификации. Исходя из данных предпосылок, оценку сбалансированности процессов гумификации и минерализации в почвенном блоке агроэкосистемы реально проводить, основываясь на определении агроэкологического параметра – коэффициента биологической утилизации азота удобрений (КNут). Названный показатель подсчитывают как суммы коэффициентов усвоения возделываемыми растениями элемента из удобрения (КN усв) и аккумуляции его в приросте гумуса за ротацию севооборота по отношению к количеству, определяемому перед закладкой опыта (КN ак). Отношение коэффициента усвоения азота удобрений к коэффициенту его аккумуляции (КN усв/КN ак) отражает степень сбалансированности в почве процессов минерализации и гумификации, а значит, и направленность процесса почвообразования за ротацию севооборота. Очевидно, что это отношение наряду с другими показателями может служить объективным экологическим критерием оценки устойчивости высокопродуктивной агроэкосистемы. Степень устойчивости почвенного блока агроэкосистемы определяют по формуле:
Эуст= КN усв/ КN ак
Где Эуст – интегральный показатель экологической устойчивости почвенного блока агроэкосистемы;
КN усв – коэффициент усвоения азота культурами за ротацию севооборота, %;
КN ак – коэффициент аккумуляции азота в приросте гумуса за ротацию севооборота, %.
Величина биологической утилизации азота напрямую связана с особенностями их влияния на эффективное и потенциальное плодородие почвы, а также на урожайность и вынос азота возделываемыми на полях севооборота культурами. Многолетними полевыми опытами установлено, что больше азота удобрений утилизируют растения за ротацию, тем меньше его аккумулируется в ноогумусе и тем выше доля коэффициента усвоения (КN усв) в коэффициенте биоутилизации (КNут). Это особенно наглядно прослеживается, например, при заделке в почву зеленого удобрения, богатого легко минерализирующимся веществами (белки, углеводы и т.д.). обратная зависимость наблюдается при запашке в почву инертного органического вещества – соломы, азот ко торой в гумусных веществах минерализуется медленно. Поэтому в коэффициенте биоутилизации азота соломы основная доля приходится на коэффициент его аккумуляции в приросте гумуса за ротацию севооборота.
Коэффициент биологической утилизации азота удобрений полностью определяется его выносом с урожаем возделываемых в севообороте культур. Систематическое внесение только технического азота ведет к ускорению антиэкологического процесса дегумификации почвы. Применение органических азотных удобрений в отличие от минеральных наряду с улучшением азотного питания культурных растений способствует активизации в почве процессов гумификации, что находит отражение в структуре коэффициента биоутилизации.
Как интегральный количественный показатель, характеризующий влияние внесенных удобрений на процессы минерализации и гумификации. КNут отражает изменение как эффективного. Так и потенциального плодородия почвы. Чем выше биоутилизация на фоне оптимального сочетания процессов гумификации и мине6рализации, тем рациональнее применение азотосодержащих удобрений и меньше химическая нагрузка на окружающую среду.
Однако для объективной агроэкологической оценки эффективности применения азотосодержащих удобрений важно знать не только численное значение Кут, но и соотношение между КN усв и КN ак, что особенно существенно для установления изменений устойчивости почвы. Отношение Кусв : К ак в значительной степени отражает природу взаимосвязи между процессами минерализации и гумификации. Оптимизация этих диаметрально противоположных процессов – актуальная проблема формирования экологических систем земледелия, успешное решение которое позволяет контролировать и целенаправленно воздействовать на экологическое равновесие в почвенном балансе агроэкосистемы. Именно сбалансированность процессов минерализации и гумификации обуславливается, с одной стороны, уровень продуктивности возделываемых культур, а с другой – масштабы воспроизводства контроль за этим постоянно протекающими в почве процессами достаточно значим в экологическом отношении.
Более низкое численное значение отношений КNусв : КN ак характерно для инертного органического вещества, в частности соломы, азот который слабо усваивается культурами и большей частью закрепляется в гумусе. Противоположная картина наблюдается при заделке в почву минеральных удобрений и сидеритов, которые влияют, прежде всего, на процессы минерализации.
Варьирование численного значения рассматриваемого отношения в пределах 0,5…15 вполне приемлемо. Снижение его до значения < 0,5 соответственному уменьшению продуцирующей способности растений. Повышение же его до значений > 15 нецелесообразно по экологическим причинам, поскольку в этом случае используемый показатель отражает значительное снижение воспроизводства гумуса, что в конечном итоге неминуемо ведет к опустыниванию агроэкосистем.
Таким образом, показатель биологической утилизации азота удобрений может служить важным агроэкологическим критерием устойчивости почвенного блока, позволяющим судить и об устойчивости всей агроэкосистемы. Критерии Эуст дает возможность количественно оценить степень сбалансированности в почве диаметрально противоположных процессов – минерализации и гумификации, что исключительно важно для моделирования процессов оптимизации эффективного и потенциального плодородия. Определение оптимальных значений коэффициентов биоутилизации (КNут) и устойчивости (Эуст) вносимого азота удобрений за ротацию в севооборотах должно входить в программу агроэкологического мониторинга в длительных стационарных опытах – полигонах, заложенных в различных почвенно–климатических зонах. Следует отметить, что отношение КNусв : КN ак за ротацию севооборота можно использовать в качестве критерия влияния на экологическую устойчивость почвы и агроэкосистемы не только удобрений, но и различных агротехнических приемов.
Методика определения экологической устойчивости почвенного блока.
Эуст= КN усв/ КN ак
Где : КN усв – коэффициент усвоения растениями из удобрения;
Эуст – степень устойчивости почв блока АЭС;
КN ак – коэффициент аккумуляции азота в приросте гумуса.
Рассчитываем показатели экономической устойчивости почвенного блока:
Звено севооборота: пар – ячмень
1.Общий расход азота на создание 27 ц зерна с гектара – 27*3,6=97,2 кг.
2. Общий расход гумуса – (97,2*100):5=1944 кг/га=1,9 т/га
3. Содержание азота в соломистых остатках – 3500 кг/га биологическая масса соломы; 0,5% - содержание азота в соломе;
(3500*0,5):100=17,5 кг/га
Таким образом, в звене пар – ячмень создается отрицательный баланс азота - 97,2-17,5= -79,7 кг/га.
В целом климатические условия и почвенные условия Усольского района благоприятны для возделывания сельскохозяйственных культур.
Оценивая в целом агроклиматические условия района, несмотря на стабильную и высокую для района продуктивность сенокосов решение проблемы кормопроизводства требует дальнейшего проведения водных мелиораций и 22% культурных пастбищ: под последние использовалась и 1/3 орошаемой пашни. Площадь осушенных земель довольно велика – свыше 5 тыс. га, или 32% областного фонда. Это сенокосы с коренным улучшением.
Результаты подсчетов экологической системы земледелия показали, что данная агроэкосистема характеризуется условно стабильным (КЭСЛ1=1,92) и мало стабильным (КЭСЛ2=0,46).
Результаты подсчетов экологической системы земледелия показали, что данная агроэкосистема в результате эрозии и насыщенности севооборотов техническими культурами происходит активный расход гумуса, а значение Кэз в первом звене (пар–ячмень) - 0,58 свидетельствует о умеренной экологичности используемых систем земледелия. Баланс гумуса отрицательный (79,2). Определение основных показателей и функционирование систем позволяет исследовать происходящие в них внутренние процессы формирование первичной продукции.
4 Перспективная система мероприятий по созданию высокопродуктивных агорэкосистем
4.1 Мероприятия по повышению стабилизации агроландшафтов
Конструктирование агроэкосистем в чистом виде с соблюдением всех заданных параметров и приемов осуществимо лишь при сельскохозяйственном освоении новых территорий, что при современных масштабах вовлечение земель в аграрное производство не имеет существенного практического значения. Примером могут служить распашка земель, окультуривание осушаемых болот и других почв. В используемых же почвах реализация программы конструктирование агроэкосистем подразумевает частичную и конкурентную реконструкцию для сложившихся природно-хозяйственных единиц. Предотвращение негативных процессов, таких как эрозия, дефляция, дегумификация, подкисление, засоление, переувлажнение, загрязнение способствует повышению устойчивости и продуктивности агроэкосистемы.
На первом этапе повышение устойчивости реконструируемой агроэкосистемы осуществляют глобальный, региональный и локальный почвенный мониторинг, включающий системный контроль за физической и биологической деградацией почвы, ее загрязнением и питательным режимом, начиная от источников воздействия и реакцией отдельных ее компонентов, а также за общим состоянием окружающей среды. На втором этапе осуществляют рекультивацию нарушаемых засоленных и загрязненных почв, преобразование рельефа и другие мероприятия. Одновременно видоизменяют структуру севооборотов, системы удобрения и защиты культур от вредителей и болезней, используют более мелкие агротехнические операции.
Ограничение эрозионных процессов в реконструктивных агроэкосистемах, с достаточной эффективностью можно осуществить лишь на ландшафтно-биосферном уровне, путем создания эрозионно-устойчивых ландшафтов на основе комплексного учета показателей гидрологического режима почв, морфологии, генезиса, эрозионного рельефа, пространственно-временной изменчивости противоэрозионной стойкости почв, включение антропогенного фактора в развитие ландшафтов на разных стадиях их хозяйственного освоения. Основными гидротехническими, агротехническими, технологическими мероприятиями по созданию эрозионно-устойчивых ландшафтов является регулирование поверхностного стока, планировка поверхности, посев многолетних трав и промежуточных культур, создание контурных буферных полос, сохранение на поверхности почвы растительных остатков и оптимизация противодефляционной способности растений.
Так как в предложенном по заданию хозяйстве агроландшафт является мало стабильным, поэтому необходимо провести мероприятия по стабилизации агроэкосистем:
1. Посадку многолетних трав.
2. Посадку лесов.
3. Перевод нестабильных агроэкосистем в стабильные.
Поэтому для повышения стабилизации агроландшафтов в хозяйстве производим трансформацию земель.
Были проведены следующие преобразования: из пашни в сенокосы 500 га (из них паров 100, из кормовых 200, из зерновых 300). Также в сенокосы были переведены болота (осушение) 49 га и прочие 74 га. В пастбища были переведены прочие земли 100 га, в многолетние травы из кормовых 250 га и однолетние травы 100 га.
Трансформация земельных угодий
| Пашня | 3662 | -500 в сенокосы | Пашня после трансформации | 3162 |
| Сенокосы | 418 | + 500 из пашни +49 из болота +74 из прочих |
Сенокосы | 1041 |
| Приусадебные участки | 258 | - | Приусадебные участки | 258 |
| Пастбища | 80 | +100 из прочих | Пастбища | 180 |
| Лес | 7400 | - | Лес | 7400 |
| Дороги | 29 | - | Дороги | 29 |
| Болота | 49 | -49 в сенокосы | Болота | 0 |
| Прочие | 174 | -100 в пастбища -74 в сенокосы |
Прочие | 0 |
Нестабильные элементы: Стабильные элементы:
Пашня 3162 га Сенокосы 1041 га
Приусадебные участки 258 га Пастбища 180 га
Дороги 29 га Лес 7400 га
Прочие 0 га. Болота 0 га.
3449 га 8621 га
Всего: 12070
КЭСЛ – коэффициент экологической стабилизации.
Где, fi-площадь биотического элемента;
Кэз- коэффициент, характеризующий экологическое значение отдельных биотических элементов;
Кr- коэффициент геолого-морфологической устойчивости рельефа;
Ft- площадь всей территории ландшафта.
КЭСЛ2= (3162*0,14)+(1041*0,62)+(180*0,68)+(7400*0,63)+(258*0)+(29*0)+(0*0,79)+(0*0):12070=0,49.
По результатам подсчетов КЭСЛ1=2,5 данная агросистема состояние условно стабильное, КЭСЛ2=0,49. Значит мероприятия по переводу пашни в стабильные агроландшафты привели к положительном результатам.
4.2 Мероприятия по повышению экологичности систем земледелия
При экологической системе земледелия допускается строго ограниченное использование пестицидов, чаще в виде санитарных (локальных) мер на очагах размножения вредителей и болезней. С большой осторожностью относятся также к применению минеральных удобрений, ограничивая их дозы, особенно легкорастворимых форм и в жидком виде.
При любых альтернативных системах земледелия важно внесение в почву глинистого материала, обогащенного высокодисперсными минеральными (монтмориллонит). Это объясняется тем, что в почвах, не содержащих монтмориллонита, органического вещества и продукты его разложения находятся в состоянии механической примеси и поэтому легко выносятся. Интенсивность разрушения превышает накопление органического вещества. При наличии монтмориллонита связь органической и неорганической составляющих почвы становится более тесной и прочной, так как органические молекулы вместе с водой входят в состав ППК.
В интенсивном земледелии повышение урожайности культур обеспечивается благодаря эффективному использованию средств химизации, биологических способов защиты растений, мелиоративных приемов, внедрению прогрессивных технологий, учитывающих зональную почвенно-экологическую специфику, что в конечном счете способствует повышению плодородия почв и охране агроландшафтов от загрязнения и деградации.
Сейчас пришли к новому типу современного земледелия – адаптивный, под которым понимают экологическую дифференциацию агротехнологии, направляемую на достижение высокой степени соответствия аграрных форм деятельности природным механизмом саморегуляции экосистем путем оптимизации или компенсации внешних и внутренних факторов и свойств, лимитирующих развитие продуцентов агроэкосистем.
Рассчитываем экологичности системы земледелия в звене севооборота:
люцерна-пшеница:
За счет введения в севооборот многолетней культуры повысилась экологичности системы земледелия Кэз = 1,35.
4.3 Мероприятия по повышению экологической устойчивости почвенного блока
Почвенный блок будет устойчивым при положительном балансе гумуса. Органическому веществу почвы отводится центральное место в решении проблемы повышения продуктивности агрофитоценозов. Общепризнанная роль органического вещества в формировании почвенного плодородия, снабжение энергетическим материалом микробиоты, снижению токсических последствий химического загрязнения почв, повышении устойчивости земледелия при неблагоприятных погодных условиях.
Все органические соединения почвы делятся на группы: консервативных устойчивых веществ и на группу лабильных соединений.
Основные источники поступления органических веществ в почву: навоз, торф, сидераты, солома, пожнивные остатки. Высокое значении нужно уделить поступлению биологического азота в почву за счет бобовых культур. Так как применение минеральных удобрений негативно влияет на окружающую среду, на те или иные компоненты агроценозов загрязнения почв, поверхностных и грунтовых вод, усилению эвтрофированности водоемов, уплотнение почвы и т.д. процессы гумусообразования связаны с накоплением азота в почве.
Рассчитаем показатель экологической устойчивости почвенного блока для звена севооборота: галега - ячмень
1.Приход органического вещества с корневыми и пожнивными остатками 183,4 т/га.
2. Приход в звене составит 33,6 кг/га
3. Содержание азота в растительных остатках галеги составляет 4,5%.
4. Таким образом, в звене галега – ячмень создается положительный баланс азота (33,6+17,5)-97,2=46,1 кг/га
Выводы:
Разработанные системы мероприятий по созданию высокопродуктивных АЭС привели к положительным результатам:
1. Коэффициент экологической стабилизации агроландшафта т.е. КЭСЛ1=2,5состояние стабильное. КЭСЛ2=0,49 состояние мало стабильное.
2. Повышение экологичности системы земледелия за счет введения в севооборот многолетних трав (люцерна). Экологичность системы земледелия составила 1,35-достаточно экологическая система земледелия.
3. Повысилась устойчивость почвенного блока, так же счет введения в севооборот галеги, благодаря чему сложился положительный баланс гумуса – 46,1 кг/га.
Заключение
Несмотря на относительно высокое естественное плодородие почв, необходимы меры по его поддержанию и повышению. Особенно это важно для орошаемых территорий и почв, нарушенных эрозионными процессами. Эродированные и эрозионно-опасные земли составляют 37% к площади всех сельхозугодий, в том числе – более 54% - пашня. Недостаток летнего увлажнения определяет преобладающую роль дефляции по сравнению с водной эрозией; она охватывает в 8 раз большую площадь, чем плоскостной смыв.
Наряду с внедрением противоэрозионной системы обработки земли, созданием полезащитных полос необходимо внесение повышенных норм удобрений на эродированные и орошаемые почвы. При этом важно соблюдать ряд санитарно-гигиенических требований, которые будут снижать опасность загрязнения почв, поверхностных вод, атмосферного воздуха. Удобрения, ядохимикаты, отходы таких крупных сельскохозяйственных комплексов как птицефабрика, свинокомбинат, ферму крупного рогатого скота, теплично-парниковое хозяйство, комбикормовой завод, являются источниками биогенных веществ антропогенного происхождения с сельхозугодий дают максимальное для области значение.
Перевод промышленных предприятий на экологически безопасное производство, рациональное ведение сельского и лесного хозяйства, обустройство водоохраны и комплексных защитных зон, кедровников, охотничье-промысловых угодий, в конечном итоге - проектирование и создание культурных ландшафтов - все это должно явиться стратегией долгосрочного природопользования.
Список использованных источников
1. Банников А. Г. Основы экологии и охрана среды. / -4-ое изд., перераб. И доп. – М.: Колос, 1999. – 304 с.
2. Кирюшин В. И. Экологические основы земледелия. – М.: Колос, 1996. – 367 с.
3. Уразаев Н. А. Сельскохозяйственная экология. –М.: Колос, 2000. -304 с.
4. Черников В. А. Агроэкология. – М.: Колос, 2000. – 536 с.
5. Хуснидинов Ш. К., Кудрявцева Т. Г., Мартемьянова А. А. Методические указания по проведению лабораторно- практических занятий по курсу «Сельскохозяйственная экология».- Иркутск, 2008. -55с