Министерство сельского хозяйства и продовольствия Российской Федерации
Иркутская Государственная Сельскохозяйственная Академия
Кафедра сельскохозяйственной экологии
Курсовая работа
Тема: Разработка системы мероприятий по созданию высокопродуктивных устойчивых агроэкосистем в хозяйстве ОАО «Парижская Коммуна» Тулунского района
Выполнила: Симакова А.А. студентка 4 курса 2-ой группы
агрономического факультета
Проверил: академик РАЕ,
доктор с.х. наук, профессор Хуснидинов Ш.К.
Иркутск
2010
Содержание
Задание
Введение
1 Характеристика абиотических условий
2 Эдафические условия района
3 Оценка современного состояния агроэкосистем хозяйства
3.1 Экологическая оценка агроландшафтов
3.2 Оценка экологичности системы земледелия
3.3 Оценка экологической устойчивости почвенного блока
3.4 Проблема биологического азота
4 Перспективная система мероприятий по созданию высокопродуктивных устойчивых агроэкосистем
4.1 Мероприятия по стабилизации ландшафтов и агроландшафтов
4.2 Мероприятия по повышению экологичности системы земледелия
4.3 Мероприятия по повышению экологической устойчивости почвенного блока
4.4 Резервное использование биологического азота
5 Мероприятия по производству экологически безопасной продукции растениеводства
Заключение
Список использованных источников
ЗАДАНИЕ
Тулунский район. Хозяйство ОАО «Парижская Коммуна»
Землепользование
Таблица 1
| Общая земельная площадь, га | 21120 |
| В том числе с/х угодий | 9746 |
| Пашня | 9188 |
| Сенокосы | 28 |
| Пастбища | 530 |
| Лес | 11176 |
| Пруды и водоемы | 22 |
| Приусадебные участки | 76 |
| Дороги | 100 |
Структура посевных площадей
Таблица 2
| Пашни | 9188 |
| Пары | 6276 |
| Всего посевов | 2916 |
| Зерновые | 1351 |
| Картофель | 90 |
| Кормовые | 1475 |
| Корнеплоды | 50 |
| Кукуруза | 300 |
| Силосные | 235 |
| Многолетние травы | 588 |
| Однолетние травы | 302 |
Урожайность
Таблица 3
| Зерновые | 34,2 |
| Картофель | 150 |
| Овощи | - |
| Корнеплоды | 150 |
| Многолетние травы на сено | 20,8 |
| Однолетние травы на сено | 20,2 |
| Кукуруза | 468,9 |
| Силосные | 200 |
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.).
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.
Цели агроэкологии: обеспечение устойчивого производства качественной биологической продукции, максимальное использование природного биоэнергетического потенциала агроэкосистем, сохранение и воспроизводство природно-ресурсной базы аграрного сектора, исключение и минимизация негативного воздействия на окружающую природную среду.
1 Характеристика абиотических условий
Тулунский район расположен на Западе Иркутской области. Площадь района – 13,5 тыс. км², центр – г. Тулун.
Среднегодовая температура воздуха изменяется от -1,8 до -3,5º. Температуры января и июля, соответственно находятся в пределах от – 20,5 до -22,8 и от 15,1 до 17,3º, причем самые низкие значения температур имеют место в горной части Восточного Саяна. Сумма активных температур воздуха достигает 1434-1546º в центральной части и на севере района понижается до 1119º в южной его части. В условиях горной тайги его величина составляет всего 600-1000º. Продолжительность безморозного периода колеблется от 73 до 97 дней.
Годовое количество осадков в зависимости от высоты местности изменяется от 438 мм в Тулуне до 896 мм в Белой Зиме. Основная часть осадков приходится на тёплый период, за который выпадает 79-83 % их годовой суммы. Особенно обильные дожди наблюдаются в июле-августе; нередко они вызывают катастрофические паводки.
Мощность снежного покрова изменяется от 20-40 см в центральной части района до 60-80 см в горной. Многолетняя мерзлота распространена редкими островами и линзами мощностью до 15 м в днищах падей и распадков, заболоченных участках долин, на северных склонах. Однако в южной части района по мере продвижения к Восточному Саяну количество и размеры островов увеличиваются, и в высокогорной гольцовой зоне мерзлота имеет сплошное распространение, достигая мощности 800 м.
Таким образом, северная часть Тулунского района имеет относительно благоприятные условия для земледелия и является одним из сельскохозяйственных районов Иркутской области.
Речная часть района полностью относится к бассейну р. Ия, и лишь в крайней юго-восточной части территории находятся истоки р. Зима – притока р. Ока. Густота речной сети неравномерна, колеблется от 0,2-0,3 до 0,8-1,0 км/км². Наибольшее количество водотоков на единицу площади приходится на южную часть района в пределах Восточного Саяна.
Тулунский район характеризуется широким распространением болот (7,9 %) и по степени заболоченности занимает первое место. Основные болотные массивы расположены в центральной части территории в пределах Иркутско-Черемховской равнины. Многочисленные озера встречаются на крайнем юге, в альпийском поясе Восточного Саяна, а также среди болотных массивов Предсаянья.
Распределение среднегодового стока рек по территории неравномерное, от 60 до 646 мм, и в значительной степени зависит от средней высоты бассейна.
Питание рек смешанное с преобладанием дождевого. Его характер определяет водный режим рек. Верховья Ии и её притоков, берущих начало в Восточном Саяне, по типу питания относятся к рекам с половодьем в теплую часть года, так как основная часть стока проходит летом. Значительная его доля приходится на весну (около 36 %), однако весеннее половодье здесь выражено слабо. В годы повышенной водности при прохождении дождевых паводков расходы воды могут в десятки раз превышать средние многолетние значения. В соответствии с водным режимом наблюдаются четко выраженные колебания уровней воды, амплитуда которых на р.Ия у г. Тулуна для среднего года составляет 386, а при высоких подъемах достигает 540 см. Подобные стояния уровней вызывают катастрофические последствия, затопляя населенные пункты, сельхозугодия и др.
В зимний меженный период водность рек сильно сокращается, многие малые реки перемерзают, широко развиты наледные явления.
Реки Тулунского района служат не только основным источником водоснабжения. Они обладают значительным гидроэнергетическим потенциалом, широко используются для лесосплава и в качестве путей сообщения, как в летний, так и в зимний период.
Основными водопотребителями являются промышленные и сельскохозяйственные предприятия. Особую опасность для загрязнения вод представляют Тулунский гидролизный завод, многочисленные животноводческие фермы и смыв удобрений и ядохимикатов с сельскохозяйственных полей.
2 Характеристика эдафических условий хозяйства
Формирование почвенного покрова района происходит в условиях континентального климата, расчлененного рельефа, разнообразных по генезису и составу почвообразующих пород, под различными типами растительности.
В самой высокой юго-западной части района почвообразование происходит на элювио-делювии основных кристаллических и метаморфических пород, на юго-востоке – бескарбонатных песчаников. На обширных пространствах Иркутско-Черемховской равнины почвообразующими являются суглинисто-глинистые отложения большой мощности, на крайнем северо-западе почвы формируются на элювио-делювии траппов.
В гольцово-тундровом поясе Восточного Саяна среди скальных выходов и каменистых россыпей распространены высокощебнистые маломощные горно-тундровые почвы. Под редколесьями они чередуются с тундровыми оподзоленными, горно-лесными перегнойными и мерзлотно-болотными почвами.
В горно-таёжном поясе почвы подзолистые, торфяно-перегнойные мерзлотные, бурые грубогумусовые. Дерново-карбонатные оподзоленные почвы свойственны предгорьям.
В предсаянской части Иркутско-Черемховской равнины распространены мерзлотно-болотные и мерзлотно-луговые почвы. На приподнятых участках речных террас, в сухих ложбинах развиты сезонно-мерзлотные лугово-черноземные почв. Они образуют сложные комплексы внутренних дельт.
Для низких увалов междуречий Иркутско-Черемховской равнины характерны серые лесные почв, благодаря распашке на большей части территории они преобразованы в проградированные серые лесные почв.
Наряду с растительностью почвенный покров в горах и на предгорьях Восточного Саяна выполняет ландшафтно-защитные функции. Для земледельческого освоения горные почвы не пригодны.
Высокими агропроизводственными свойствами отличаются почвы Иркутско-Черемховской равнины. Основная часть пригодных для земледелия почв – серых лесных, отчасти – дерново-подзолистых и лугово-черноземных – уже освоена. Около 40 % земельного фонда сельхозпредприятий района составляют пахотные почвы высокого и среднего плодородия. Луговые и лугово-черноземные почвы используются в качестве кормовых угодий в кормовых севооборотах, распахивать их нерентабельно из-за неблагоприятных физических свойств, сохранения многолетней мерзлоты, урожаи пропашных культур ан них низкие, в то время как сенокосы и пастбища отличаются высокой урожайностью. Дерново-подзолистые почвы обладают худшими, чем серые лесные, агропроизводственными свойствами. Для повышения их плодородия необходимо внесение органических и минеральных удобрений.
На территории сельхозпредприятий района лесные массивы занимают около 47 площади. Однако лишь незначительная часть почв под лесами обладает хорошим естественным плодородием, но и их освоение не рекомендуется из-за почвозащитной, водоохранной рекреационной функций лесов. Большая же часть почв под лесами – дерново-подзолистых, серых лесных маломощных и короткопрофильных – имеет низкое и очень низкое естественное плодородие. Воссоздание плодородия требует больших усилий и крупных затрат. Более рентабельно на лесных почвах в естественном состоянии осуществлять недолговременные выпасы скота.
Резервом для расширения площади пашни являются облесенные почвы в хозяйствах Присаянья и на крайнем севере района.
Вследствие длительного использования под пашней серые лесные почвы на склонах почти повсеместно в той или иной степени смыты, имеют среднесуглинистый механический состав.
В Тулунском районе преобладают леса (72 %), значительные площади занимают болота, горные тундры и высокогорные редколесья. В составе лесов на склонах Восточного Саяна доминирует кедр, встречаются пихта, ель, лиственница. Весьма важной особенностью кедровников представляется развитие в них ягодных кустарничков – брусники, черники. На равнине распространены леса из сосны и лиственницы; ель встречается лишь по заболоченным долинам. Значительная часть равнинных лесов сведена и заменена сельхозугодьями.
Естественные ландшафты Тулунского района в значительно степени изменены антропогенной деятельностью, связанной с добычей полезных ископаемых, эксплуатацией лесов, промышленным производством и сельским хозяйством.
Благоприятные почвенно-климатические условия равнинной части района определили довольно высокую степень его освоенности (боле 12 %). Велик удельный вес пашни – 9188 га, меньше пастбищ (530 га) и сенокосов (28 га).
Дефицит влаги в почве компенсируется проведением водных мелиораций.
Природоохранные мероприятия на землях сельхозпредприятий должны быть направлены на совершенствование методов обработки земли, повышения плодородия почвы, их мелиорацию, предупреждение эрозии, предотвращение загрязнения водоемов. Наиболее актуальна для Тулунского района проблема рекультивации земель, нарушенных добычей угля. Нарушенная поверхность представляет собой систему гребней, поднимающихся на 14-16 м над разделяющими их понижениями. Высота бортовых отвалов достигает 30 м.
Углубление карьеров вызывает образование депрессионных воронок, понижение уровня грунтовых вод, снижение водности рек, иссушение почвогрунтов.
Основные направления рекультивации – лесное и водно-рекреационное. Наиболее распространены посадки сосны, акации желтой и ивы.
Наиболее высокая способность к самоочищению от техногенных загрязняющих веществ свойственна ландшафтам горной тайги, наименьшая – болотно-лесным комплексам Иркутско-Черемховской равнины, находящимся в барьерном подножьи Восточного Саяна.
3 Оценка современного состояния агроэкосистем хозяйства
3.1 Экологическая оценка агроландшафтов
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.
Агроландшафты – антропогенные ландшафты с преобладанием в их биотической части сообществ живых организмов, искусственно сформированных человеком (антропобиоценозов) и заменивших естественные фито- и зооценозы на большей части территории. В более узкой трактовке под агроландшафтом понимают ландшафт, на большей части которого естественная растительность заменена посевами и посадками сельскохозяйственных растений. Под агроландшафтами понимают также пейзажи сельской местности.
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. Оценивать степень экологической устойчивости ландшафта необходимо 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;
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 - ОАО «Парижская Коммуна» Тулунского района:
Нестабильные элементы: Стабильные элементы:
Fнст Сенокосы-28 га
Пашня-9188 га Пастбища-530 га
Пуды и водоемы-22 га Лес-11176 га
Приусадебные участки, огороды-76 га Болота-0 га
Дороги-100 га
Прочие-0 га
9364 га 11756 га
Всего: 21120
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=(9188*0,14)+(28*0,62)+(530*0,68)+(11176*0,63)+(22*0,79)+(76*0,5):21120 = 0,41
Вывод: в результате расчетов КЭСЛ1, данный агроландшафт характеризуется как состояние условно стабильное – 1,26, а КЭСЛ2-мало стабильный – 0,41. Следовательно, необходимо провести трансформацию нестабильных элементов в стабильные. Кроме этого, разработать мероприятия по увеличению стабильности, которые приведут к поддержанию на оптимальном уровне структуры земельных угодий.
3.2 Оценка экологичности систем земледелия
Главной заботой земледельцев мира по-прежнему остается производство достаточного количество зерна и других продуктов растениеводства для удовлетворения потребностей все возрастающего народонаселения планеты. Для достижения высокой продуктивности посевов необходимы грамотные системы земледелия и агротехнологии, обеспечивающие рациональное использование местных почвенно-климатических ресурсов, новые сорта, оптимальное снабжение их всех необходимыми элементами питания, эффективная защита растений от вредителей, болезней и сорняков.
Основные задачи, стоящие перед земледелием России, - получение в необходимых объёмах растениеводческой продукции, стабилизации сельскохозяйственного производства, его интенсификация в целях обеспечения продовольственное безопасности страны.
Экологическая безопасность – это состояние, при котором отсутствует угроза нанесения ущерба окружающей среде и здоровью человека. Пределы равновесного состояния экосистем и их компонентов образуют экологическую норму. Состояние экосистем в области экологической нормы определяется как допустимое. Антропогенное воздействие на границе допустимого и за пределами приводит к устойчивому ухудшению состояния экосистем, что заканчивается их деградацией. Деградация ландшафтов характеризуется крайней степенью изменения их структуры, что проявляется в утрате способности выполнять ресурсо- и средообразующие функции.
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 агроландшафтов 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.
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 характеризуют новый тип современного земледелия – адаптивный, под которым понимают экологи
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 (Ммп), 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):
1. Звено: пар-пшеница (с внесением органических удобрений):
То же самое без внесения органических удобрений:
Вывод: при расчете экологической системы земледелия на модели пар - пшеница без внесения органических удобрений выяснилось, что в результате происходит активный расход гумуса. Меньшее значение Кэз свидетельствует о недостаточной экологичности земледелия. Поэтому необходимо разрабатывать мероприятия по улучшению экологичности за счет уменьшения эрозионных процессов, улучшения системы севооборотов, увеличения количества сидеральных культур и многолетних трав.
3.3 Оценка экологической устойчивости 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, %.
Расчет показателей экономической устойчивости почвенного блока при практикуемых звеньях севооборота:
1. Звено севооборота: пар – пшеница.
Общий расход азота на создание 34,2 ц/га – 123,12 кг (3,6*34,2)
Общий расход гумуса – (123,12*100)/5=2,5 т/га
Содержание азота в соломистых остатках - 22,5 кг/га (4500*0,5)/100=, где 4500 кг/га – биологическая масса соломы, 0,5 % - содержание азота в соломе.
Таким образом, в звене пар – пшеница создаётся отрицательный баланс азота – 100,62 кг/га (123,12-22,5).
2. Звено: люцерна – пшеница.
Приход органического вещества с корневыми и пожнивными остатками люцерны составляет 12 т/га (3,5 т – пожнивные и 8,5 т – корневые остатки).
Приход азота в звене составит 122,2 кг/га.
Содержание азота в растительных остатках люцерны составляет 2 %.
Таким образом, в звене люцерна – пшеница создаётся положительный баланс азота - +21,58 кг/га (122,2+22,5).
Эуст = 123,12/144,7 = 0,85
Вывод
: результаты расчетов показали, что коэффициент экологической устойчивости почвенного блока является довольно высоким. Следовательно, процессы гумификации и минерализации, протекающие в почве, находятся в экологическом равновесии, что говорит о высокой устойчивости данной агроэкосистемы.
3.4 Проблема использования биологического азота
Важнейшую проблему создания достаточного количества белка невозможно решить без использования биологического азота в земледелии, поэтому остаётся актуальным широкое использование уникальных способностей бобовых и микроорганизмов фиксировать молекулярный азот атмосферы.
Микробиологическая фиксация атмосферного азота – экологически чистый путь снабжения растений связанным азотом, требующий относительно небольших энергетических затрат на активизацию азотфиксаторов в почве.
По источникам доступной энергии азотфиксирующие микроорганизмы относят к 2м основным группам: автотрофам и гетеротрофам, хотя такое деление достаточно условно. Автотрофные фиксаторы атмосферного азота – цианобактерии и фотосинтезирующие анаэробные бактерии – играют заметную роль лишь в переувлажненных и затопленных почвах, где фиксируют до 20-50 кг/га азота в год. В почвах всех типов в ризосфере и филлосфере растений наиболее распространены и многочисленны гетеротрофные азотфиксирующие организмы. Наиболее хорошо известно значение клубеньковых бактерий в азотном питании бобовых растений и в обогащении почв азотом.
Способность к фиксации азота обнаружена у большого числа бактерий, принадлежащих к различным систематическим группам. Помимо хорошо известных – азотобактера, клостридий, клубеньковых бактерий – эта способность обнаружена у многих других бактерий: Bacillus, Erwina, Klebsiella и др. У чистых культур эукариотных микроорганизмов, в том числе у грибов и дрожжей, азотфиксирующая активность не обнаружена. Однако известно, смешанные культуры азотфиксаторов с эукариотами характеризуются повышенной нитрогеназной активностью.
Бессменное возделывание небобовых культур не приводит к существенному снижению содержания азота в почве, несмотря на ежегодное отчуждение его с урожаем, тогда как в пару количество гумуса и азота в почве непрерывно уменьшается. Хотя при ассоциативной азотфиксации микроорганизмы и растения не вступают в такое тесное взаимодействие, как в симбиотических системах, в целом она имеет примерно те же экологические особенности – активность азотфиксации меняется по мере развития растений, достигая максимума в периоды бутонизации и цветения и снижаясь во время созревания.
В течение последних лет проводились интенсивные исследования нитрогеназы – основного фермента, осуществляющего процесс азотфиксации. У бобовых культур нитрогеназа находится в клубеньковых бактериях, приобретающих внутри клубенька форму бактероидов. Характерная особенность нитрогеназы – восстановление не только молекулярного азота, но и других субстратов, обладающих тройными связями. Это позволяет широко использовать метод определения азотфиксации по восстановлению ацетилена в этилен.
В состав симбиотических азотфиксирующих систем помимо фермента нитрогеназы входят и другие металлсодержащие белки бактероидов и тканей клубенька.
Особенно следует отметить роль железосодержащего белка – леггемоглобина. Леггемоглобин локализуется растительных клетках. В клубеньках он образуется как продукт симбиоза бактерий с высшими растениями. Активность азотфиксации связана с концентрацией леггемоглобина в клубеньках.
Леггемоглобин, являясь переносчиком кислорода, не принимает непосредственного участия в восстановлении азота. Благодаря наличию этого пигмента, с одной стороны, бактероиды, обеспечены кислородом, с другой стороны, сохранены анаэробные условия для работы нитрогеназы. Нитрогеназа очень чувствительна к кислороду и инактивируется им; в то же время для образования энергии АТФ, необходимой для процесса азотфиксации, требуется кислород. Механизм защиты нитрогеназы от кислорода весьма сложен, и леггемоглобин, по-видимому, является лишь одним из многочисленных звеньев в данном процессе.
Проблема максимального использования биологического азота связана с химизацией сельского хозяйства. Практика показывает, что высокие урожаи бобовых культур можно получить лишь при устранении кислой реакции среды, применении фосфорных, калийных удобрений и отдельных микроудобрений.
Таким образом, можно отметить следующие наиболее важные практические аспекты проблемы биологического азота на ближайшее будущее:
1. Эколого-биологическое и агрономическое значение естественного процесса позволит более полноценно использовать природную фиксацию азота и найти способы её интенсификации.
2. Знание условий связывания азота биологическим путём в мягких условиях позволит разработать новые способы получения азотных удобрений.
3. Изучение генетико-селекционных основ азотфиксирующего симбиоза бобовых растений с клубеньковыми бактериями, использование генной инженерии, а также ряда достижений биохимии и молекулярной биологии будут способствовать распространению процесса азотфиксации на многие сельскохозяйственные культуры.
4. Расшифровка механизма фиксации азота даст возможность целенаправленно разработать способы воздействия на этот процесс в природе с целью его интенсификации.
4 Перспективная система мероприятий по созданию высокопродуктивных устойчивых агроэкосистем
4.1 Мероприятия по стабилизации ландшафтов и агроландшафтов
Основные положения создания агроландшафтов сформулированы еще В.В. Докучаевым, определившим главные принципы адаптивного природопользования и обосновавшим комплекс агро-гидромелиоративных мероприятий по оптимизации лесостепных ландшафтов.
Важнейшим мероприятием этого комплекса было создание защитных лесонасаждений. Узкие полезащитные полосы могут занимать на равнинах 2,5-4 %, а при пересеченном рельефе – до 5-8 % пашни.
В отличие от утилитарного подхода к полезащитному лесоразведению в основном с точки зрения защиты агроценозов от неблагоприятных природных факторов агроландшафтная ориентация предполагает создание устойчивой агроэкологической обстановки: повышение обводненности территории за счет сокращения поверхностного стока и усиления внутрипочвенного, снижение интенсивности эрозионных процессов, ослабление силы ветра, равномерное снегозадержание, повышение относительной влажности воздуха, защиту орошаемых земель от заболачивания, резервации для птиц, зверей, энтомофагов, создание благоприятных условий для сельскохозяйственных животных (зелёные зонты), озеленение производственных и социально-бытовых объектов, облесение водоёмов.
Главным инструментом формирования агроландшафта является адаптивно-ландшафтная система земледелия, каждый элемент которой несёт соответствующую нагрузку в данном отношении. Те из них, которые приближают агроландшафты по устойчивости к природным и способствуют повышению продуктивности, заслуживают особого внимания. В числе таких приёмов в первую очередь следует отметить мульчирование поверхности почвы растительными остатками. Этот приём в какой-то мере компенсирует экологическую роль лесной подстилки и степного волокна. Значение его особенно велико для предотвращения дефляции, избыточного стока воды, эрозии, чрезмерного испарения влаги, регулирования температурного режима почвы, подавления сорных растений.
Растительная мульча из пожнивных остатков, соломы и т.п. уменьшает разрушение верхнего слоя почвы под влиянием ударов дождевых капель, ветра, размыва, предотвращает заиление пор, образование корки, благодаря чему увеличивается водопроницаемость почвы и уменьшается поверхностный сток.
Мульчирование растительными остатками в условиях умеренного климата создаёт благоприятные условия для развития дождевых червей, поскольку обеспечивает их легкодоступной пищей, защищает от избыточного иссушения, низких температур почвы. Благодаря этому они быстро размножаются и в течение более длительного времени остаются деятельными в почве.
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.
Таблица 4
Трансформация земельных угодий
| Пашня | 9188 | -450 в сенокосы; -250 в пастбища |
Пашня после трансформации | 8488 |
| Сенокосы | 28 | + 450 из пашни | Сенокосы | 478 |
| Приусадебные участки | 76 | - | Приусадебные участки | 76 |
| Пастбища | 530 | +250 из пашни | Пастбища | 780 |
| Лес | 11176 | - | Лес | 11176 |
| Дороги | 100 | - | Дороги | 100 |
| Болота | - | - | Болота | - |
| Прочие | - | - | Прочие | - |
| Пруды и водоёмы | 22 | - | Пруды и водоёмы | 22 |
Нестабильные элементы: Стабильные элементы:
Пашня 8488 га Сенокосы 478 га
Приусадебные участки 76 га Пастбища 780 га
Дороги 100 га
Пруды и водоёмы-22 Лес 11176 га
Прочие 0 га. Болота 0 га.
8686 га 12434 га
Всего: 21120 га
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=(8488*0,14)+(478*0,62)+(780*0,68)+(11176*0,63)+(22*0,79)+(76*0,5):21120 = 0,43
Выводы:
По результатам подсчетов КЭСЛ1=1,43 - данная агросистема имеет условно стабильное состояние. Значит, мероприятия по переводу пашни в стабильные агроландшафты привели к положительным результатам.
4.2 Мероприятия по повышению экологичности системы 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. Поэтому приемлемым будет сбалансированное сельское хозяйство, которое предполагает широкое применение известных эффективных экологичных агроприемов в сочетании с современными достижениями науки и техники. Использование биологического азота в земледелии уменьшает загрязнение окружающей среды продуктами деградации азотных удобрений, способствует сохранению воспроизводства плодородия почвы, решает проблему дефицита растительного белка. Важным моментом является использование органических удобрений таких, как навоз, помет, пожнивные послеуборочные остатки, сидераты и др. Все это позволяет в сбалансированном сельскохозяйственном производстве решить проблему сохранения плодородия почвы, повышения продуктивности пашни и получения конкурентоспособной продукции. Большой агрономический эффект возможен от использования соломы и других пожнивных остатков в качестве органического удобрения и мульчи, а также использование биопрепаратов на основе азотфиксирующих бактерий (азотобактер, нитрагин и др.).
Комплекс мероприятий по повышению экологичности системы земледелия включает:
· совершенствование системы земледелия на основе агроландшафтов;
· внесение органических удобрений, других источников органического вещества;
· рациональные приемы применения минеральных удобрений;
· защита почв от ветровой и водной эрозии.
4.3 Мероприятия по повышению экологической устойчивости почвенного блока
На основании выполненных расчетов в разделе 3.3. можно судить о высокой устойчивости почвенного блока в хозяйстве ОАО «Парижская Коммуна» Тулунского района. Поэтому для поддержания этой устойчивости требуется проведение некоторых мероприятий:
1. Необходимо контролировать формирование сбалансированных и экологически обоснованных агроландшафтов с введением почвозащитных севооборотов и оптимизацию структуры угодий на принципах агроландшафтного ведения хозяйства;
2. Применять в полном объеме почвозащитные технологии возделывания сельхозкультур на основе минимизации обработки почв;
3. Осуществлять меры по предотвращению переуплотнения почв путем создания и применения соответствующей техники.
С целью дальнейшего повышения защитных функций древесно-кустарниковой растительности, оптимального влияния ее на окружающую природную среду предусматривается:
1. создание массивных лесных насаждений на пастбищах и временно подтопляемых территориях;
2. посадка полезащитных лесных полос;
3. закладка лесных полос вдоль автомобильных дорог.
4.4 Резервное использование биологического азота
Одним из резервов снижения дефицитности баланса является совершенствование технологии применения азотных удобрений, повышение их окупаемости продукцией. Это, прежде всего, внедрение предлагаемой диагностики потребности в азотных удобрениях и определение оптимальных норм азота, локализация азотных туков, совместное применение их с фосфором и калием и т.д. и т.п.
Важным источником покрытия дефицита азота является внедрение азотных удобрений и расширение посевов однолетних и многолетних бобовых культур, внедрение сидеральных паров.
Покрыть отрицательный баланс азота можно за счет биологизации земледелия, предусматривающей коренной пересмотр структуры пашни (сидеральные пары – до 8-10, зернобобовые – 8-10 и многолетние бобовые и злаковые – 16-18 %). Предусматриваются сидеральные пары донниковые или клеверные с полной запашкой зеленой массы в фазу начала бутонизации. У бобовых культур (как однолетних, так и многолетних) используется стерня и корни. Кроме того, бобовые растения не только накапливают азот, но и ускоряют минерализацию растительных остатков, повышают использование почвенного азота, увеличивают урожай последующих культур, улучшают структуру почвы, устраняют водную и ветровую эрозию, выполняют санитарную роль.
Существенным резервом глобальной азотфиксации наземных и водных экосистем являются синезеленые водоросли, хорошо изученные как фотосинтезирующие диазотрофы. Определенные виды цианобактерий формируют ассоциации с грибами (лишайники), высшими растениями (например, симбиотические ассоциации с водным папоротником Azolla). Таким образом, в морской и грунтовой воде, в почвах затапливаемых рисовых полей, в горячих источниках могут быть вполне благоприятные условия для протекания азотфиксации у аэробных микроорганизмов.
Только умелое сочетание использования минерального и биологического азота позволит осуществлять интенсификацию сельскохозяйственного производства наиболее быстрыми темпами. Необходимо более точно установить приходные статьи баланса с учетом почвенно-климатических особенностей различных регионов. Большое значение имеет одновременное комплексное изучение питания растений макро,- и микроэлементами. Решение этой проблемы позволит значительно снизить потери питательных веществ, предотвратить загрязнение окружающей среды, существенно повысить коэффициент использования каждого элемента.
5 Мероприятия по производству экологически безопасной продукции растениеводства
Экологичная система защиты ориентирована не на отдельную культуру или вредный объект, а на весь севооборот. В значительной степени, благодаря чему сможет реализоваться мечта земледельца — стабильное получение полноценной, экологически безопасной биопродукции и воспроизводство ресурсов агросферы.
Экологичная защита растений предполагает реализацию ряда важных мероприятий и условий. В их числе:
1. организация агроландшафта, предусматривающая максимальную мобилизацию природных биологических ресурсов, в особенности, сохранение и активизацию полезной биоты;
2. система адаптивно-ландшафтного земледелия, севообороты с длинной ротацией и большим набором культур;
3. предпочтительное использование биологического азота;
4. преимущественное возделывание селекционных и местных сортов (гибридов) с групповой и/или комплексной устойчивостью к вредным организмам;
5. утилизация растениеводческих и животноводческих отходов, трансформированных в биоорганическое удобрение;
6. рекомендации по критическим уровням вредных видов, биологическим, экономическим и экологическим порогам их вредоносности (целесообразности применения средств защиты);
7. совершенствование препаративных форм биопрепаратов;
8. централизованное производство экологически безопасных средств защиты, дополняемое региональной и местной их наработкой; модернизация существующей и создание специальной техники для их внесения;
9. непрерывное обучение биологизации и экологизации защиты растений специалистов всех уровней;
10. реализация законодательных предложений, предусматривающих систему льгот для сельхозпроизводителей, использующих только экологически безопасные препараты;
11. пропаганда достижений экологизированной и биологической защиты растений — приоритетных направлений, обеспечивающих устойчивое развитие растениеводческой отрасли
Заключение
В своей курсовой работе мною были рассмотрены абиотические и эдафические условия агроэкосистемы в хозяйстве ОАО «Парижская Коммуна» Тулунского района. Кроме этого, была проведена оценка экологической устойчивостис помощью коэффициентов экологической стабилизации (Кэсл1 и Кэсл2). В ходе расчетов было выяснено, что данный агроландшафт является мало стабильным, и для того, чтобы повысилась стабилизация, была проведена трансформация нестабильных элементов в стабильные. В итоге эти изменения привели к положительным результатам. Помимо этого была затронута проблема использования биологического азота. Комплексный подход к решению этой проблемы позволил разработать мероприятия по снижению дефицита азота и достижению устойчивой продуктивности основных полевых культур. Также в курсовой работе были предложены мероприятия по производству экологически безопасной продукции растениеводства, поскольку на сегодняшний день производство высококачественной, экологически безвредной продукции растениеводства и животноводства – одно из обязательных условий устойчивого развития общества.
Для гарантии экологического благополучия необходимо усилить экологические аспекты в использовании земли, ввести экономические санкции за снижение почвенного плодородия, перейти на адаптивно-ландшафтное земледелие, ввести методы стимулирования рационального землепользования.
Список использованных источников
1. Агроэкология /В.А. Черников, Р.М. Алексахин и др.; Под ред. В.А. Черникова, А.И. Чекереса. – М.: Колос, 2000. – 536 с.
2. Житов В.В., Долгополов А.А., Дмитриев Н.Н. Агрохимия в условиях юга Восточной Сибири. / Учебное пособие – Иркутск, ИрГСХА, 2003. – 336 с.
3. Кирюшин В.И. Экологические основы земледелия. – М.: Колос, 1996.
– 367 с.
4. Мальцев В.Т. Азотные удобрения в Приангарье / РАСХН. Сиб. отд-ние. Иркут. НИИСХ, Отв. Ред. Г.П. Гамзикоов. – Новосибирск, 2001. – 272 с.
5. Сельскохозяйственная экология / Н.А. Уразаев, А.А. Вакулин и др. – М.: Колос, 2000. – 304 с.
6. Степановских А.С. Экология. – Курган: ГИПП «Зауралье». – 2000. – 704 с.
7. Ягодин Б.А., Жуков Ю.П., Кобзаренко В.И. Агрохимия / Под ред. Б.А. Ягодина. – М.: Колос, 2002. – 584 с.