Министерство сельского хозяйства Российской Федерации
Департамент научно-технологической политики и образования
Федеральное государственное образовательное учреждение
высшего профессионального образования
«Красноярский государственный аграрный университет»
Хакасский филиал
РЕФЕРАТ
По дисциплине Т.П.П.Р.
ТЕМА: Модели энергосберегающих технологий производства биологически чистой продукции сельского хозяйства.
Студента II
курса
специальности экономика и управления на предприятии АПК
заочной формы обучения Вараксина Владимира Николаевича
(фамилия, имя, отчество)
шифр _________
группа Э-94
Руководитель _______________________________________________________________
(фамилия, имя, отчество)
Члены комиссии: ________________ _____________________
(подпись) (инициалы, фамилия)
_____________________ _________________________
(подпись) (инициалы, фамилия)
Абакан – 2010
СОДЕРЖАНИЕ
введение………………………………………………………………3
1.Производство продукции растениеводства, свободной от радионуклидов……………………………………….6
2. Производство продукции растениеводства, свободной от тяжелых металлов………………………………….15
3. Производство продукции растениеводства, свободной от нитратов………………………………………………...17
4. Энергосберегающая технология производства продукции небобовых культур за счет симбиотически фиксированного (биологического) азота……………………..22
5. Производство продукции растениеводства, свободной от пестицидов……………………………………………27
ЗАКЛЮЧЕНИЕ…………………………………………………………..........32
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК…………………………………...........33
ВВЕДЕНИЕ
Актуальность темы: при росте масштабов загрязнения окружающей среды – почвы, воздуха и грунтовых вод – производство биологически чистой продукции, безвредной для человека и животных, становится все более сложной проблемой. Для этого необходимы специальные знания по физиологии и биохимии растений, химии почв и поведению ферментного комплекса растений.
В данном реферате приведены не технологии, а схемы, модели экологически чистых технологий. Используя их, агроном может разработать и реализовать (с учетом биологии возделываемой культуры, сорта, экологических условий конкретного поля) комплекс технологических приемов, обеспечивающий получение биологически чистой продукции любой культуры.
Экологически чистая технология производства продукции растениеводства предполагает исключение загрязнения почвы, поверхностных и грунтовых вод, воздуха токсическими веществами, нарушающее биологическое равновесие экологической среды. Она предусматривает применение небольших норм азотных удобрений, не загрязняющих грунтовые воды нитратами. Будущее, безусловно, за такими технологиями. Однако эти технологии не исключают применения быстро детоксицируемых гербицидов, прочих пестицидов, не накапливающихся в растениях, а также умеренных норм азотных удобрений.
Энергосберегающая технология предполагает снижение затрат ископаемой энергии и живого труда на производство единицы продукции. Чаще всего под энергосбережением или ресурсосбережением понимают совмещение технологических операций, выполнение их за один проход агрегата. Например, рыхление, выравнивание и прикатывание почвы перед посевом агрегатом типа РВК, посев стерневой сеялкой с одновременным внесением минеральных удобрений, высевом семян и прикатыванием. Совмещение операций снижает затраты энергии на 10-30% суммы затрат на раздельное их выполнение. Однако действительно энергосберегающими технологиями производства продукции растениеводства являются технологии, основанные на максимальном использовании биологического азота, вдвое снижающие энергозатраты.
Биологически чистая продукция – это продукция естественного химического состава, свойственного данному виду растений. Интенсификация растениеводства, стремление получить максимальные урожаи обусловили широкое использование химической защиты растений от сорняков, вредителей и болезней, а также применение высоких норм минеральных удобрений. Многие пестициды медленно разлагаются, накапливаются в почве, обладают кумулятивными свойствами, поступают в растение, в результате продукция становится биологически небезопасной. Большой вред организму животного и человека наносит избыточное содержание нитратов в растениях, накапливающихся при внесении высоких норм азотных удобрений. С некоторыми минеральными удобрениями в почву поступают тяжелые металлы. Поскольку в странах с развитым растениеводством широко используют и пестициды, и высокие нормы минеральных удобрений, продукция растениеводства часто не соответствует требованиям санитарных норм. Именно поэтому возникла острая необходимость в производстве биологически чистой продукции. В связи с этим появилось биологическое, альтернативное, органическое растениеводство – выращивание продукции, лишенной вредных соединений.
Предмет: модели энергосберегающих технологий производства биологически чистой продукции сельского хозяйства.
Объект: способы и сущность энергосберегающих технологий производства биологически чистой продукции сельского хозяйства.
Цель: определить основные виды энергосберегающих технологий и производства биологически чистой продукции.
Задачи:
1. охарактеризовать производство продукции растениеводства, свободной от радионуклидов.
2. охарактеризовать производство продукции растениеводства, свободной от тяжелых металлов.
3. описать производство продукции растениеводства, свободной от нитратов.
4. выявить энергосберегающие технологии производства продукции небобовых культур за счет симбиотически фиксированного (биологического) азота.
5. охарактеризовать производство продукции растениеводства, свободной от пестицидов.
1.Производство продукции растениеводства, свободной от радионуклидов
В связи с авариями на атомных электростанциях, в результате испытания ядерного оружия большие территории оказались загрязненными радионуклидами. Степень загрязнения снижается по мере удаления от места аварии. Распределение радионуклидов по территории, как правило, происходит из-за перемещения воздушных масс, несущих радиозагрязненную пыль, выпадающую с осадками. В связи с этим количество радионуклидов, попавших на отдельные поля, даже в одном хозяйстве может различаться в десятки и сотни раз.
Экспериментально установлено, что при загрязнении почвы до 5Ки/км² излучение не оказывает существенного отрицательного влияния на растения и животных и на таких почвах можно заниматься растениеводством и животноводством. Более сильное загрязнение почв радионуклидами требует дополнительных мероприятий, а при высоком загрязнении производство продуктов питания и кормов исключается.
Механизм действия ионизирующих излучений на организм определяется следующими особенностями:
1. Высокой эффективностью поглощенной энергии; малые дозы поглощенной энергии излучения могут вызвать глубокие биологические изменения в организме;
2. Наличием скрытого, или инкубационного, периода проявления действия ионизирующего излучения. Этот период часто называют периодом мнимого благополучия. Продолжительность его сокращается при излучении в больших дозах;
3. Кумулятивным эффектом – действие малых доз может суммироваться, или накапливаться;
4. Генетическим эффектом – излучение воздействует не только на данный организм, но и на его потомство;
5. Неодинаковой чувствительностью к облучению различных органов живого организма;
6. В целом неодинаковым реагированием на облучение;
7. Частотой – одноразовое облучение в большой дозе вызывает более глубокие последствия, чем фракционированное.
Биологический эффект ионизирующего излучения зависит от суммарной дозы и времени воздействия, вида излучения (альфа, бета, гамма), размеров облучаемой поверхности, индивидуальных особенностей организма и места нахождения источника облучения (вне или внутри организма).
В результате воздействия ионизирующего излучения на организм в тканях могут происходить сложные изменения физических, химических и биохимических процессов, часто необратимые.
Первичным этапом – пусковым механизмом, инициирующим многообразные процессы, являются ионизация и возбуждение атомов и молекул. Именно в этих физических актах взаимодействия происходит передача энергии ионизирующего излучения компонентам живой клетки: воде (в мягких биологических тканях ее 50-95%), низкомолекулярным органическим соединениям (углеводы, карбоновые кислоты, аминокислоты и другие), биомакромолекулам (ферменты, ДНК, РНК и другие).
Существует две теории, объясняющие процессы первичного радиационного повреждения.
Теория прямого воздействия – это непосредственная передача энергии биологически активным молекулам (теория “мишени”):
Ионизирующее излучение →(энергия)→биологически активная молекула →индуцирование биологических процессов, несвойственных организму
Теория косвенно действия – это передача энергии излучения биологически активным молекулам через посредников. Согласно этой теории под действием радиации образуются ионы, радикалы и пероксиды, которые взаимодействуют с органическими молекулами и вызывают повреждение клеток, тканей и органов растений. Свободные радикалы возникают в результате радиолиза воды:
Излучение→(энергия)→Радиолиз воды→Радикалы, пероксиды→Взаимодействие с органическими молекулами→Индуцирование различных процессов→Нарушения на разных уровнях организации организма.
Наибольший биологический эффект дает косвенное действие излучения. Индуцированные свободными радикалами химические реакции развиваются с большим выходом и вовлекают в этот процесс многие сотни и тысячи молекул, не затронутых излучением. Затем начинается биологический этап: хромосомные перестройки, изменение физиологических функций, повреждение ядерного аппарата, нарушения деления клетки, генома, ростовых процессов, появление внешних морфологических аномалий и даже гибель организма.
В зависимости от степени загрязнения почвы и воды радионуклиды по-разному накапливаются в растениях. Научными учреждениями разработаны временные допустимые уровни (ВДУ) накопления радионуклидов в растениях и продуктах животноводства, при которых они не становятся патогенами для человека и животных.
При этом радионуклиды стронция-90 более опасны, чем цезия, и ВДУ стронция, как правило, на порядок ниже, чем цезия. Различия в допустимых уровнях радиозагрязнения разных продуктов объясняются суточным количеством потребления его человеком. Например, человек в сутки потребляет больше питьевой воды, чем сушеных грибов или чая. Поэтому ВДУ загрязнения воды должен быть в 1000 раз ниже, чем этих продуктов.
В продукции животноводства, используемой в качестве кормов для животных, ВДУ содержания радионуклидов повышается на 1-2 порядка по сравнению с продуктами питания.
Если животные (КРС), выращиваемые на мясо содержались на кормах с повышенной радиозагрязненностью (естественные луга и пастбища) и содержание радионуклидов в их мясе превышает допустимые нормы, то таким животным устанавливают период реабилитационного кормления. Используют два организационных метода освобождения животных от радионуклидов.
При первом методе животных перевозят в районы, незагрязненные радионуклидами, на чистые корма. В течение 2-3 месяцев кормления животные практически освобождаются от радионуклидов. Этот процесс можно ускорить, если при стронциевом загрязнении в рацион вводить корма с повышенным содержанием кальция (люцерна, кальциевые премиксы). В обменных процессах организма кальций заменяет стронций, который выводится из организма.
При цезиевом загрязнении в рационе животных должно быть повышенное содержание калия. Калий в процессе физиологического обмена защищает цезий, и радионуклид выводится из организма.
Содержание калия в растениях прямо коррелирует с количеством этого элемента в почве, причем в широком диапазоне. Высокое содержание калия и кальция характерно для почв с нейтральной или щелочной реакцией (южные регионы). В этих районах не требуется дополнительно строить животноводческие фермы на период реабилитации. Следовательно, южные районы наиболее благоприятны для периода реабилитационного кормления. Однако у этого метода есть существенный недостаток. Радионуклидами через навоз могут быть загрязнены новые районы. Избежать этого можно либо распределением навоза на большие территории малыми нормами (чтобы существенно не повысить радиационный фон), либо захоронением в специальных хранилищах, либо другими способами утилизации. Для всех этих мероприятий требуются существенные затраты.
Второй организационный метод – кормление животных привозными чистыми кормами. С навозом поступают так же, как и в первом случае. Недостаток метода – большие затраты на перевозку чистых кормов из других регионов.
В зоне кислых почв (рН=3,8-4,8) на сильнозагрязненных участках с содержанием радионуклидов – 15-40Ки/км² снизить поступление радионуклидов в растения, т. е сделать корма более чистыми, можно в первую очередь повышением в почве концентрации кальция, сдвигом рНсол до 6,5-6,8. Для этого почву следует известковать осенью после перепашки под глубокую культивацию с учетом того, что при внесении 1т СаСО3 рНсол=4 необходимо довести до 6,5, следует внести 25т СаСО3/га. Учитывая, что известковые материалы имеют примеси и определенную долю воды, необходимо вносить поправочные коэффициенты. Так, при внесении 1т СаСО3 в нижних границах рНсол сдвигается на 0,15-0,18 единицы, а в верхних – на 0,04-0,07 единицы.
Кальций считается антагонистом стронция, и повышенное его содержание в почве будет ограничивать поступление стронция в растения, обеспечивать получение более чистой продукции.
Антагонист цезия – катион калия. Все почвы Нечерноземной зоны, как правило, кислые и бедны калием. Снизить поступление цезия в растения можно, усилив антагонизм этих катионов. При повышении содержания К2О с 5-6 до 14-1+6мг/100г почвы снижается поступление цезия-137 в 8-10 раз.
Для повышения содержания обменного калия на 1мг/100г почвы на среднесуглинистых малогумусированных почвах Нечерноземья необходимо вносить – 60кгК2О/га. Для сдвига содержания калия на 8-10мг/100г почвы следует за два приема (2 года) внести 480-600кг К2О/га, или 0,8-1т 60%-го хлористого калия/га. Нежелательно использовать 40%-ю калийную соль, так как повышенное содержание хлор-иона уносит в подпахотный слой двухвалентный катион кальция, подкисляя почву. Лучше в этом случае использовать калийные удобрения, не содержащие хлор.
Таким образом, на загрязненных радионуклидами почвах можно получать продукцию растениеводства с содержанием радионуклидов ниже ВДУ, т. е практически чистую.
Внесение азотных удобрений в средних и повышенных нормах способствует усвоению катионов цезия и стронция. Без применения азотных удобрений высокий урожай корма можно получить за счет бобовых культур, если почва хорошо произвесткована и высоко обеспечена калием. Но в этом случае содержание фосфора в почве необходимо поднять до нижнего предела оптимальной обеспеченности растений конкретного вида. Для большинства бобовых культур нижним пределом оптимальной обеспеченности фосфором является содержание Р2О5 – 12-14мг/100г почв (по Кирсанову). Исключение представляют лядвенец рогатый (8-10мг) и люпин желтый и многолетний (5мг/100г почвы).
Для сдвига содержания подвижного фосфора на 1мг/100г почвы требуется в зависимости от гранулометрического состава и гумусированности почвы внести – 60-100кг Р2О5/га. Чем тяжелее почва и чем выше ее гумусированность, тем выше норма Р2О5 для сдвига содержания фосфора на 1мг/100г.
Пример:
В среднесуглинистой дерново-подзолистой почве содержится 60мг Р2О5 на 1кг почвы. Для получения высокого урожая клевера лугового за счет биологического азота необходимо поднять уровень подвижного фосфора в почве до 120мг/кг, т. е необходимо внести – 480кг Р2О5 на 1га (из расчета, что 80кг Р2О5 на 1га повышают содержание этого элемента в почве на 10мг/кг почвы), или 1,2т/га двойного суперфосфата на 1га. Это нужно сделать не ранее чем через год после известкования почвы, иначе свободный кальций, не вошедший в ППК, свяжет фосфорную кислоту в недоступный для растений трикальцийфосфат и ожидаемый эффект не будет достигнут. Фосфор малоподвижен, его можно вносить под вспашку или глубокую культивацию за один прием. Известкование и повышение уровня содержания калия в почве совместимы и могут быть выполнены одновременно.
Для успешного возделывания бобовых и активной симбиотической азотфиксации при резком сдвиге рН почвы, содержания в ней фосфора и калия необходимо применять микроудобрения, в первую очередь бор, в некоторых случаях молибден. Борные удобрения вносят в почву в виде боринизированного суперфосфата или других форм из расчета – 2-3кг бора на 1га. Молибден применяют при необходимости во время предпосевной обработки семян. Повышенное содержание молибдена в почве или высокие нормы молибденовых удобрений угнетают не только размножение ризобий, но и развитие растений.
Обязательный прием при возделывании бобовых на таких почвах – предпосевная инокуляция семян специфичным активным штаммом ризобий. Спонтанные штаммы ризобий, сформировавшиеся на кислых почвах, не приспособлены к новым условиям среды и обладают пониженным симбиотическими свойствами.
Исследованиями научных учреждений в разных экологических зонах определены приемы снижения отрицательного воздействия радиационного загрязнения на биосферу экосистемы. С учетом физико-химических свойств почвы, особенностей биологии отдельных видов возделываемых растений следует для каждого хозяйства разработать комплекс мероприятий, снижающих поступление радионуклидов в продукцию растениеводства и содержание их в продуктах.
Модель технологии получения биологически чистой продукции на загрязненных радионуклидами почвах включает обследование территории и прогнозирование содержания радионуклидов в урожае; инвентаризацию угодий по плотности загрязнения и составление картограмм; сопоставление картограммы загрязнения с картограммами реакции почвенного раствора, содержания обменного калия и кальция.
Для снижения содержания радионуклидов в пахотном слое почвы проводят глубокую вспашку с оборотом пласта. На лугах и пастбищах практикуют коренное улучшение с оборотом пласта.
Прогнозируют возможную степень загрязнения урожая радионуклидами. В соответствии с картограммой загрязнения определяют место для культур различного использования, т. е выращиваемых на продовольственные цели, корм, семена, техническую переработку.
Для снижения поступления радионуклидов в продукцию растениеводства проводят известкование почвы до рНсол=6,8 (желательно доломитовой мукой, содержащий магний), вносят в повышенных нормах калийные, органические удобрения (15т/га в год) и природные минеральные сорбенты. Содержание подвижного фосфора и микроэлементов доводят до повышенного уровня.
При известковании кислых почв можно снизить накопление цезия-137 в зерне озимых в 3 раза. Калий является антагонистом цезия и снижает поступление последнего в растения. Навоз (40т/га) снижает накопление цезия-137 в зерне озимой ржи в 2-2,5 раза. Кислый торф (рНсол=4,5) увеличивает переход цезия-137 в растения из дерново-подзолистой почвы. Следовательно, перед внесением торф необходимо известковать. Азотные удобрения следует применять в умеренных нормах, так как повышенные нормы могут вызвать увеличение поступления цезия-137.
Если перепашка в предыдущие годы уже была проведена, то в последующие годы лучше проводить безотвальную или минимальную обработку, чтобы снова не переместить на поверхность радионуклиды из нижней части пахотного слоя. Необходимо применять комбинированные агрегаты при посадке и уборке.
Для снижения возможности попадания на растения радионуклидов с пылью исключают междурядные обработки посевов, заменяя их внесением гербицидов, используют приемы уборки урожая, исключающее вторичное загрязнение продукции.
Таким образом, зная радиационную обстановку хозяйства, поля, даже на загрязненных радионуклидами почвах можно с помощью подбора культур и сортов, выполнения специальных мероприятий, снижающих поступление радионуклидов в растение, получать биологически безопасную продукцию растениеводства и животноводства, не содержащую радионуклиды выше допустимых уровней.
2. Производство продукции растениеводства, свободной от тяжелых металлов
Избыток тяжелых металлов нарушает нормальные физиологические процессы в организме животного и человека. Включаясь в отдельные ферментные системы, тяжелые металлы изменяют их функции, вызывая болезни животного организма, иногда с летальным исходом.
К наиболее опасным для здоровья человека тяжелым металлам относят мышьяк, барий, кадмий, хром, кобальт, медь, свинец, ртуть, молибден, никель, олово, цинк, сурьму.
К сожалению, агрохимическая служба РФ и других стран мира не проводит анализ всех почв на содержание тяжелых металлов и не составляет соответствующие картограммы. Следовательно, для того чтобы иметь уверенность, что продукция свободна от тяжелых металлов, необходимо проводить химический анализ почвы каждого поля на содержание каждого из наиболее опасных металлов. В Нидерландах разработана нормативная база концентрации тяжелых металлов. Установлено три уровня содержания их в почве: А – фоновые концентрации; В – концентрации, вызывающие озабоченность и указывающие на необходимость проведения дополнительных исследований и мероприятий; С – пороговые концентрации, свидетельствующие о необходимости проведения срочных мер по очистке почвы.
На полях с повышенным содержанием двухвалентных катионов тяжелых металлов (кобальт, никель, цинк, кадмий, ртуть) снизить их поступление в растение можно с помощью искусственного повышения антагонизма двухвалентных катионов за счет известкования почвы.
Поступление в растения одновалентных тяжелых металлов можно снизить с помощью внесения калийных удобрений в повышенных нормах. На дерново-подзолистой почве при доведении содержания обменного калия до 130-150мг/кг резко снижается поступление в растения одновалентных тяжелых металлов – хрома, никеля.
Для получения продукции растениеводства, свободной от тяжелых металлов (или с содержанием их ниже предельно допустимых концентраций), на почвах с повышенным их содержанием необходимо:
1. Провести агрохимическое обследование пашни и с/х угодий, определить содержание тяжелых металлов в почве;
2. Составить почвенные картограммы по тяжелым металлам, сопоставить их с картограммами содержания калия и кальция;
3. Кислые почвы произвестковать до рНсол=6,5-6,8 для снижения поступления в растения двухвалентных тяжелых металлов;
4. Довести содержание обменного калия в почве до повышенного уровня (120-150мг/кг, по Кирсанову), чтобы снизить поступление в растение одновалентных тяжелых металлов;
5. Исключить применение минеральных удобрений, содержащих тяжелые металлы;
6. Подобрать культуры, минимально потребляющие эти элементы;
7. Определить площади для выращивания культур на пищевые и кормовые цели (на сильно загрязненных полях можно выращивать культуры на семена и для технической переработки;
8. Составить прогноз содержания тяжелых металлов в урожае отдельный культур;
9. Необходимо периодически проводить контроль продукции на содержание тяжелых металлов.
3. Производство продукции растениеводства, свободной от нитратов
<Одним из показателей биологически чистой продукции является содержание нитратов, не превышающее ПДК. Нитраты – одна из главных форм минерального азота для питания растений. Растения без вреда для себя могут накапливать их в вегетативной органах в больших количествах, как бы в прок на будущее. Избыток аммиачной формы азота для растений – яд, излишки аммиака растения переводят в нитратную форму.
Для животных и человека аммиачная форма азота безвредна, а оксиды азота, особенно в повышенных концентрациях, приносят много вреда:
Во-первых, они блокируют гемоглобин крови. В результате снижается кислородное снабжение органов, нарушаются физиологические функции некоторых систем организма, у животных нарушается развитие плода, что приводит к выкидышам
Во вторых, нитраты в организме человека и животного восстанавливаются до нитритов – гипонитритов с последующим образованием нитрозоаминов – сильных канцерогенов. Поэтому в районах, где давно применяют азотные удобрения в высоких нормах, онкологические болезни встречаются намного чаще, чем в районах, где азотные удобрения используют в умеренных нормах. Допустимая суточная норма нитратов для взрослого человека – 300-325мг NO3.
В почвах естественного плодородия никогда не бывает избытка нитратов, которое бы вызвало накопление их в растениях сверх предельно допустимых концентраций. Однако на почвах с таким уровнем обеспеченности азотом можно получить лишь низкие урожаи полевых культур.
Быстрый рост народонаселения и рост потребностей при неуклонном снижении площади пашни, приходящийся на человека, обуславливают необходимость интенсификации растениеводства, резкого повышения урожайности всех полевых культур. А это возможно при высокой обеспеченности растений азотом.
В странах с развитым растениеводством, где получают в среднем – 6-8т/га зерна и соответствующие урожаи других полевых культур, применяют в среднем – 300-400кг/га азота минеральных удобрений в год и более. Соли нитратов очень подвижны и легко вымываются в грунтовые воды. Именно в этих странах или отдельных регионах грунтовые воды, как правило, перенасыщены нитратами и непригодны для питья. ВДУ нитратов в питьевой воде не должно превышать – 45мг/л. Кроме того, высокие нормы азотных удобрений сдвигают биологическое равновесие почвы в нежелательную сторону, в результате усиливается минерализация гумуса, ухудшается гранулометрический состав почвы, снижается ее плодородие.
Таким образом, с одной стороны, при применении азотных удобрений в высоких нормах обеспечивается высокая продуктивность гектара, а с другой – снижается плодородие почвы и ухудшается качество получаемой продукции.
Альтернативой минеральному азоту может быть только азот биологический. Даже самая высокая белковая продуктивность посева, сформированная за счет биологического азота, исключает негативные явления, вызываемые минеральным азотом.
К сожалению, в РФ доля биологического азота в азотном балансе растениеводства еще крайне мала – около 5%. При создании благоприятных условий для биологической фиксации азота воздуха она может возрасти до 35%, или 12-15млн тонн в год, что эквивалентно экономии 80-90млн аммиачной селитры.
Азот воздуха биологически фиксирует две крупные группы микроорганизмов:
1. Свободноживущие в почве, на ее поверхности, на поверхности корней и надземных органов растений;
2. Симбиотические микроорганизмы, которые проникают внутрь растения и образуют с ним симбиотические системы.
Такие системы очень активно усваивают азот воздуха и обеспечивают большую часть потребности растений в азоте. При этом растения не накапливают излишки нитратов, грунтовые воды не загрязняются нитратами, плодородие почвы возрастает.
Такой способностью обладают в первую очередь растения семейства Бобовые. Однако при определенных условиях другие полевые культуры тоже могут использовать симбиотически фиксированный азот и давать продукцию, не содержащую излишков нитратов.
Что необходимо для того, чтобы перевести растения с питания минеральным азотом на питание биологически фиксированным азотом? Как получать высокие урожаи с/х продукции, свободной от избытка нитратов? Как исключить излишнее поступление оксидов азота в организм человека и животного?
Снижение содержания нитратов в растениях можно за счет использования биологического азота бобовых другими культурами. Для этого нужно резко активизировать эффективность бобово-ризобиального симбиоза, обеспечить для симбиотических систем оптимальные параметры основных факторов среды.
Во-первых, необходимо создать взаимокомплементарные симбиотические системы, обеспечивающие наибольшую биологическую фиксацию азота воздуха: для каждого вида и сортотипа культуры подобрать соответствующий вид и штамм ризобий.
Во-вторых, следует обеспечить оптимальные параметры реакции почвенного раствора в соответствии с требованиями биологии культуры или подобрать симбиотическую систему, которую удовлетворяет данная реакция почвы.
В-третьих, нужно обеспечить оптимальную влажность почвы (для зерновых бобовых культур – в период налива семян, а для многолетних бобовых трав – в течение всей вегетации) или подобрать симбиотические системы, сравнительно толерантные к временному недостатку влаги. При этом продуктивность их будет ниже.
В-четвертых, содержание в почве подвижного фосфора и обменного калия должно превышать нижнюю границу оптимальной обеспеченности этими элементами для данной симбиотической системы. Если в почве недостаточно этих элементов, то их урожайность поднимают с помощью внесения минеральных удобрений.
В-пятых, содержание подвижного бора и молибдена в почве должно быть не ниже средней обеспеченности. При низком содержании этих элементов применяют борные и молибденовые удобрения в нормах, установленных для данной культуры.
В некоторых почвах симбиоз может лимитироваться недостатком цинка, железа, кобальта. По результатам химического анализа почв на содержание этих элементов принимают решение о целесообразности использования микроудобрений.
Исходя из химического состава почвы и требований биологии конкретной культуры, разрабатывают систему удобрений культуры и севооборота.
В-шестых, симбиотическая азотфиксация – аэробный процесс. На 1см3 фиксированного азота воздуха расходуется 3см3 кислорода. Следовательно, почва должна быть рыхлой или ее нужно поддерживать в пределах оптимальной плотности.
Активность симбиоза снижают факторы, которые ухудшают интенсивность фотосинтеза (сорняки и болезни, вредители полевых культур, некачественное выполнение агроприемов). Имеют большое значение и посевные качества семян, качество предпосевной обработки почвы, сроки, нормы и способы посева, своевременность и качество ухода за растениями.
Таким образом, для максимальной биологической фиксации азота воздуха симбиотической системой необходимо создать оптимальные параметры основных факторов среды, качественно и в срок выполнять все агротехнические приемы.
Для увеличения доли биологического азота в азотном балансе необходимо изменить структуру посевных площадей, существенно увеличив дозу бобовых культур. Однако при частом возвращении бобовых на одно и то же поле возникает опасность накопления специфических болезней и вредителей этих культур, почвоутомление, в результате снижается активность симбиотической азотфиксации, урожай и его качество.
Задача состоит в том, чтобы для конкретных биологических условий, конкретного севооборота подобрать культуры, которые снимали бы бобовое почвоутомление, угнетали развитие болезней бобовых культур и максимально насыщали севооборот бобовыми культурами. Результаты исследований показывают, что такие севообороты для Центрального района Нечерноземной зоны вполне реальны.
4. Энергосберегающая технология производства продукции небобовых культур за счет симбиотически фиксированного (биологического) азота
В процессе роста и развития бобовые культуры при благоприятных условиях симбиоза способны не только удовлетворять свои потребности в азоте за счет биологической азотфиксации, но и передавать часть фиксированного азота другой культуре, выращиваемой в смеси. Например, овес, высеянный вместе с викой, растет лучше, чем в чистом виде, без внесения азотных удобрений (часть азота фиксированного викой, использует и овес). В этом случае овес никогда не накапливает избытка нитратов, его можно использовать для приготовления детского питания. Аналогично в смеси с однолетними зернобобовыми культурами можно возделывать и другие мятликовые без применения азотных удобрений и производить безнитратную продукцию.
Механизм поступления биологически фиксированного азота от бобовых культур к мятликовым достоверно не установлен. По-видимому, мятликовые культуры используют азт отмирающих корневых волосков бобовых. Достоверно установлено, что вегетативная масса мятликовых культур, выращиваемых в смеси с бобовыми, всегда содержит больше азота, чем в чистых посевах мятликовых.
Аналогично используют биологический азот многолетние злаковые травы, выращиваемые в смеси с многолетними бобовыми культурами. Без азотных удобрений можно получить высокий урожай биологически чистого полноценного корма бобово-мятликовых травосмесей, при скармливании которого молоко и молочные продукты не будут содержать нитратов.
Исключительный интерес для получения безнитратной продукции представляет использование биологического азота последующими небобовыми культурами. Это возможно в двух случаях: за счет корневых и пожнивных остатков многолетних бобовых трав, а также при использовании бобовых культур в качестве сидератов.
После возделывания высокопродуктивных многолетних (урожайность – 10-13т/га сена с 1га за один сезон) в почве остается – 80-110кг азота/га. Этот азот находится в связанной органической форме и высвобождается постепенно с увеличением от весны к середине лета. В таком же темпе возрастает потребность последующей культуры в азоте. В результате у растений не бывает азотного перекорма. Можно получить достаточно высокий урожай биологически чистой продукции (картофель, морковь, столовая свекла и других овощных и полевых культур), пригодной для детского и диетического питания. Причем лежкость таких продуктов лучше, чем при усвоении растениями азота из удобрений.
Более эффективный путь перевода культур на питание биологическим азотом – использование бобовых культур на сидерацию. Сидеральные культуры можно высевать как парозанимающие, промежуточные или подсевные. При этих формах возделывания бобовых культур на сидерацию обеспечиваются дополнительная аккумуляция солнечной энергии, включение азота воздуха в биологический круговорот, дополнительное накопление органического вещества в почве, повышение ее плодородия и получение достаточно высоких урожаев полевых культур без использования минеральных азотных удобрений. Таким образом можно получить биологически полноценную продукцию, не содержащую излишков нитратов.
В качестве парозанимающих бобовых культур лучше высевать однолетние растения, такие, как люпин узколистный и желтый (алкалоидные формы), пелюшка. До посева озимых они могут накопить до 12-15т зеленой массы/га с содержанием азота до 100-120кг/га. Однако стоимость семян этих культур высокая, такие сидераты обходятся сравнительно дорого. Например, на 1га необходимо высеять – 110-120кг семян люпина желтого. Несколько меньшие затраты могут быть при посеве пелюшки на сидерацию.
В качестве промежуточных можно высевать эти же бобовые после уборки озимых на зеленую массу и ранней уборки однолетних трав. Промежуточные культуры в Центральном районе Нечерноземной зоны имеет смысл запахивать поздно осенью, с наступлением устойчивых холодов, до этого они сформируют полноценный урожай зеленой массы.
В качестве промежуточных культур можно высевать и многолетние бобовые травы сортов ярового типа – клевер ползучий, донник, люцерну.
Представляют особый интерес сидеральные бобовые культуры, подсеваемые под основную культуру. Они не занимают специального поля в севообороте, не снижают урожай основной культуры, сполна используют поступающую на поле энергию солнца, больше других накапливают биологического азота и органического вещества в почве.
Например, клевер ползучий, подсеянный по снегу под озимую рожь, не мешает получить полноценный урожай зерна, а после уборки ржи, до осени, способен накопить до 20т биомассы надземных и подземных органов на 1га, содержащей – 150-180кг азота воздуха, включенный в биологический круговорот. Причем для такого посева требуется всего – 2-3кг семян клевера на 1га – минимальные затраты при максимальном эффекте.
Регулируя сроки запашки сидеральной массы, можно совместить кривую минерализации органической массы сидерата с кривой потребления азота последующей культурой и таким образом свести к минимуму потери азота, избежать излишнего его накопления в продукции, получить биологически чистый безнитратный продукт.
Именно при таком использовании сидеральных бобовых культур можно приостановить падение плодородия почвы и решить вопрос расширенного его воспроизводства, что практически не удается другими приемами.
Контроль за содержанием нитратов в продукции растениеводства следует проводить не только при уборке урожая, но и в процессе его формирования. Особенно это важно для овощных культур.
Производство продукции, свободной от избытка нитратов, возможно при максимальной использовании биологического азота.
Модель этой технологии включает переход на биологический азот за счет:
1. Изменения структуры посевных площадей с увеличением доли бобовых культур;
2. Подбора комплементарных симбиотических систем – сорта бобовой культуры и штамма ризобий;
3. Доведения рНсол до оптимального для биологии данной культуры уровня или подбора культуры под рНсол данного поля;
4. Поднятия содержания доступных форм фосфора и калия, бора и молибдена до нижней границы оптимальной обеспеченности для конкретной культуры;
5. Оптимизации влагообеспеченности в течение вегетации;
6. Использования бобовых сидератов как парозанимающих и подсевных культур с введением в севооборот культур семейства Капустные;
7. Использования небобовыми культурами биологического азота предшественника и сидерата;
8. Возделывания бобовых и мятликовых трав в травосмесях;
9. Активизации ассоциативной биологической азотфиксации.
Эта модель предусматривает также рациональное использование азотных удобрений; исключение внесения минерального азота под бобовые культуры; дробное внесение азотных удобрений в умеренных нормах под овощные, зерновые, картофель и корнеплоды; расчет норм азотных удобрений с учетом запаса минеральных форм азота в почве; определение необходимости подкормки культур азотом по результатам растительной диагностики.
Таким образом, при правильном и четком выполнении рекомендуемых технологических приемов можно получать высокие урожаи биологически чистой продукции растениеводства без излишнего содержания нитратов при наименьших затратах невосполнимой энергии.
5. Производство продукции растениеводства, свободной от пестицидов
Из-за сорняков, вредителей и болезней уменьшается урожай полевых культур. Без защиты возделываемых культур невозможно получать высокие урожаи, тем более реализовывать потенциальную продуктивность генотипа. По мере развития растениеводства человечества выработало различные приемы борьбы с вредными организмами.
В первую очередь это агротехнические приемы: соблюдение севооборота, снижающего численность вредных насекомых и возбудителей болезней; своевременная и качественная осенняя и предпосевная обработка почвы; механическая прополка сорняков; введение паров в севообороты с высокой засоренностью полей; введение в севооборот капустных в качестве промежуточных сидеральных культур для угнетения патогенной биоты в почве; устройство ловушек для вредных насекомых с помощью приманок.
Параллельно с развитием туковой промышленности, комплексной механизацией возделывания всех полевых культур, с резким повышением урожайности все острее вставал вопрос защиты урожая от вредных организмов, развивалась промышленность по производству пестицидов. Учеными подобраны или синтезированы тысячи химических веществ, ядовитых для отдельных групп вредных организмов: гербициды – против сорняков, инсектициды – против насекомых, фунгициды – против грибных болезней, бактерициды – против бактериальной инфекции, акарициды – против клещей, зооциды – против грызунов.
Существует много классификаций пестицидов: по объектам применения, химическому строению препарата, способам и срокам использования, токсичности для теплокровных, в частности для человека, срокам детоксикации, токсичности радикалов распада, кумулятивной способности пестицидов и их радикалов.
Все пестициды небезопасны для здоровья человека и животного. Наиболее опасны стойкие пестициды с длительным периодом детоксикации, способные проникать в растения и накапливаться в них.
Пестициды должны обладать узкой избирательной способностью и иметь короткий период детоксикации – 2-8 недель (в зависимости от вида и назначения препарата); радикалы их должны быть нетоксичны для теплокровных животных; пестициды не должны накапливаться в растениях.
К сожалению, большинство существующих препаратов не соответствует этим требованиям, так как имеет длинный период детоксикации – 5-6 месяцев, а некоторые – 2-3 года; способны накапливаться в растениях и с продукцией растениеводства попадать в организм животного и человека, вызывая расстройство физиологических функций. Вот почему необходимо следить за уровнем остаточного содержания вредных химических веществ в продуктах питания, кормах, почве, воде и воздухе и разрабатывать методы их определения.
Если в хозяйстве применяли стойкие пестициды, то для гарантии получения биологически чистой продукции необходимо сделать анализ почвы на остаточное содержание пестицидов и составить картограмму полей по степени загрязненности. В соответствии с картограммой следует уточнить структуру посевных площадей, предусмотреть возделывание на загрязненных полях культур на технические цели и семена.
В дальнейшем необходимо вести токсикологический контроль загрязненных полей до полной детоксикации пестицидов. На средне- и слабозагрязненных полях, где допускается выращивание кормовых культур, проводить токсикологический контроль продукции до полной детоксикации пестицида в почве.
В зависимости от вида и химического состава пестицида его детоксикацию можно ускорить усилением микробиологической активности почвы – внесением органических удобрений в повышенных нормах, запашкой сидеральных бобовых культур, внесением в почву соломы вместе с азотными удобрениями.
В Нидерландах создана нормативная база загрязнения почвы вредными химическими веществами. Установлено три уровня содержания химических веществ в почве: А – фоновые концентрации; В – концентрации, вызывающие озабоченность и указывающие на необходимость проведения дополнительных исследований; С – пороговые концентрации, свидетельствующие о необходимости проведения срочных мер по очистке почв.
Регламентировано содержание в почве некоторых полициклических и моноциклических ароматических углеводородов. Их суммарные количества не должны превышать порогового уровня – соответственно – 70 и 200мг/кг почвы.
Для снижения пестицидной нагрузки на почву применяют биологические методы борьбы с вредными организмами. Достаточно широко используют паразитов вредных насекомых, снижающих их численность до порогового уровня. Паразитов вредных насекомых разводят на специализированных зональных биостанциях. Для некоторых вредителей, например колорадского жука, определены остропатогенные микроорганизмы. Разработаны методы сбора вредных насекомых с использованием феромонов – половых гормонов насекомых.
Грибные и некоторые бактериальные болезни растений существенно подавляют растения-аллелопаты. Известно, что после возделывания овса титр патогенной микрофлоры существенно снижается. Многие капустные культуры – горчица белая и сизая, рапс, редька масличная, перко, рыжик – снижают численность нематод в почве и степень поражения последующей культуры болезнями.
Производить продукцию растениеводства, свободную от пестицидов, можно при выполнении комплекса мероприятий, главное из которых – снижение пестицидной нагрузки на почву и растения. Необходимо применять пестициды с узкой избирательной способностью и коротким периодом детоксикации, не накапливающиеся в растениях, а также те препараты, радикалы которых нетоксичны для теплокровных животных. Следует строго соблюдать нормы, сроки и способы применения пестицидов.
На почвах, уже загрязненных пестицидами, имеет смысл возделывать культуры на техническую переработку – волокно, техническое масло, эфиромасличные растения. В соответствии с картограммой загрязненности полей необходимо проводить токсилогический мониторинг почвы.
Для снижения ущерба для окружающей среды от применения пестицидов, особенно инсектицидов, следует обоснованно выбирать пестицид для каждого конкретного поля. Многие инсектициды имеют широкий спектр действия. Они ядовиты не только для вредных, но и для полезных насекомых, таких, как жужелицы, божьи коровки, пчелы, природные опылители.
Применение инсектицидов должно быть крайне ограничено. Химические методы борьбы по возможности следует заменять агротехническими и биологическими.
На полях с высокой засоренностью вводят пары. Борьбу с сорняками лучше всего вести механическими способами – во время основной, предпосевной обработки почвы и ухода за посевами. Для снижения заселенности вредителями и уменьшения патогенной нагрузки необходимо соблюдать севооборот.
Следует шире применять биологические методы борьбы: использовать паразитов вредных насекомых; организмы, вызывающие болезни вредителей; устраивать ловушки, в том числе феромонные. Введение в севооборот растений семейства Капустные в качестве промежуточных сидеральных культур способствует подавлению патогенной биоты в почве. Если использование пестицидов неизбежно, прогнозируют возможное загрязнение, исходя из свойств пестицидов, норм и сроков их применения. Проводят токсилогический контроль каждой партии ранних овощей с полей, где применяли пестициды, а также всей продукции, получено с полей, загрязненных пестицидами (не только растениеводческой, но и животноводческой).
Диапазон норм МДУ (максимально допустимый уровень) изменяется в зависимости от степени токсичности препарата и количеств потребляемой продукции в суточном рационе. Во всех пищевых продуктах не допускается содержание гербицидов группы 2,4Д, ТМТД.
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
Для того чтобы произвести продукцию растениеводства, свободную от пестицидов, необходимо максимально использовать агротехнические и биологические методы борьбы с вредными организмами – сорняками, вредителями и возбудителями болезней, обследовать поля на загрязненность почвы стойкими пестицидами; на загрязненных полях возделывать культуры на семена и технические цели. При необходимости применения пестицидов следует использовать препараты с коротким периодом детоксикации, не обладающие кумулятивными свойствами.
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК
Уральский регион: последствия экономического реформирования. –Екатеринбург.: УрОРАН, 1996.
Бушуев В.В. Энергоэффективность как направление новой энергетической политики России// Энергосбережение, 1994, №4.
Программа «Энергосбережение в Свердловской области до 2005года» -Екатеринбург, 1997
Хироми Есида. Тенденции развития экологического бизнеса в Японии//Вест. Моск. универ. Сер .6. Экономика, 1997, №3
Российско-Норвежская программа «Чистое производство».- М.:1999.
Экологически чистое производство: подходы, оценка, рекомендации. Учебно-методическое пособие. Под редакцией Пегова С.А. и Солобоева И.С. – 2000г.
Программа «Чистое производство в России» вып. 1, 1999.