Сельскохозяйственная экология - Общая информация
реклама
И.В. СЕРГЕЕВА, А.Л. ПОНОМАРЕВА, Ю.М. МОХОНЬКО, Ю.М. АНДРИЯНОВА СЕЛЬСКОХОЗЯЙСТВЕННАЯ ЭКОЛОГИЯ (интерактивный курс) Саратов 2012 МИНИСТЕРСТВО СЕЛЬСКОГО ХОЗЯЙСТВА РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ БЮДЖЕТНОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ ВЫСШЕГО ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ «САРАТОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ АГРАРНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ имени Н.И.ВАВИЛОВА» _____________________________________________________ И.В. СЕРГЕЕВА, А.Л. ПОНОМАРЕВА, Ю.М. МОХОНЬКО, Ю.М. АНДРИЯНОВА СЕЛЬСКОХОЗЯЙСТВЕННАЯ ЭКОЛОГИЯ (интерактивный курс) Учебно-практическое пособие Саратов 2012 1 УДК 631.75 ББК 40.3я73 Издание осуществлено при поддержке программы TEMPUS JP, грант Европейской Комиссии 159188-TEMPUS-1-2009-1-PL-TEMPUSJPCR Сергеева И.В., Пономарева А.Л., Мохонько Ю.М., Андриянова Ю.М. Сельскохозяйственная экология (интерактивный курс): Учебное пособие /сост.: И.В. Сергеева, А.Л. Пономарева, Ю.М. Мохонько, Ю.М. Андриянова. – Саратов: Изд – во ФГБОУ ВПО «Саратовский ГАУ»., 2012.- 120 с. ISBN Учебное пособие в интерактивной форме ориентировано на изучение особенностей функционирования агроэкосистем, экологических проблем интенсификации сельскохозяйственного производства и системы природоохранных мероприятий в АПК. Особое внимание уделено альтернативным системам земледелия как основам экологизации и биологизации сельского хозяйства. Предназначено для студентов направления подготовки 110100.62 Агрохимия и агропочвоведение (профиль Агроэкология), а также для магистров, аспирантов, преподавателей, научных сотрудников. Резензенты: д.с.-х.н., проф. Решетов Г.Г. (ГОУ ВПО Саратовский государственный социально-экономический университет); д.с.-х.н., проф. Синицына Н.Е. (ФГБОУ ВПО «Саратовский ГАУ им. Н.И. Вавилова»). Данный материал опубликован при поддержке Европейского Союза. Содержание публикации является предметом ответственности авторов и не отражает точку зрения Европейского Союза. © Сергеева И.В. и др., 2012 © ФГБОУ ВПО СГАУ имени 2 Н.И. Вавилова, 2012 ПРЕДИСЛОВИЕ ISBN Развитие агропромышленного комплекса объективно требует научно–обоснованного учета и рационального использования природных, технико–экономических, общественно исторических и организационно– хозяйственных факторов сельскохозяйственного производства. В учебном пособии рассмотрены вопросы функционирования агроэкосистем в условиях техногенеза; устойчивость и оптимизация агроэкосистем; экологические проблемы растениеводства, животноводства, использования сельскохозяйственной техники, причины негативного прямого и косвенного воздействия сельскохозяйственного производства на природную среду и загрязнение сельскохозяйственной продукции; природоохранные и ресурсосберегающие технологии в сельском хозяйстве. Материал представлен в интерактивной форме. Теоретическому материалу предшествуют организационные указания, ключевые слова, основная и дополнительная литература. Выделенный восклицательным знаком материал отражает наиболее важные положения изучаемого вопроса. В конце каждого раздела имеются контрольные вопросы, способствующие закреплению полученных знаний. Завершает учебное пособие словарь терминов. В основу интерактивного курса положен материал учебников «Сельскохозяйственная экология» (под ред. А.В. Голубева, Н.А. Мосиенко), «Агроэкология» (под ред. В.А. Черникова, А.И. Чекереса) и учебно – методических пособий и научных разработок кафедры «Ботаника и экология» ФГБОУ ВПО «Саратовский ГАУ им. Н.И. Вавилова». 3 ВВЕДЕНИЕ Возникновение и развитие сельскохозяйственной экологии связаны с эволюцией сельского хозяйства, освоением земель. Собирательство и охота, животноводство и земледелие обозначили важные этапы развития человеческого общества и вызвали необходимость использования человеком экологических знаний. Свыше десяти тысячелетий человек занимается сельским хозяйством. В сельскохозяйственное производство вовлечена значительная часть территории земного шара. Только под пашней занято около 14 % суши. Огромные территории используются для выпаса сельскохозяйственных животных. В агроландшафтах немалые площади отведены под строительство скотных дворов, животноводческих ферм и комплексов, летних лагерей для содержания крупного рогатого скота и других видов животных. Поэтому сельскохозяйственные экосистемы (агроэкосистемы) – это не только продукт природы, но и объект человеческого труда. В них человек выполняет двоякую роль: как биологический вид он является компонентом экосистемы, а его деятельность – фактором, оказывающим сильное влияние на природную среду. История развития сельскохозяйственного производства характеризуется главным образом стремлением получить как можно более высокие урожаи возделываемых культур и повысить продуктивность сельскохозяйственных животных. Интенсификация растениеводства и животноводства сопровождается увеличением расхода дополнительной энергии, которую используют при обработке почвы, посеве сельскохозяйственных культур, уборке урожая, строительстве животноводческих ферм и комплексов, производстве 4 пестицидов, удобрений и др. Все это способствует развитию различных негативных процессов: загрязнению окружающей среды, деградации почв, появлению ряда новых болезней растений, животных и людей и др. В связи, с чем возникает необходимость экологизации сельского хозяйства. Агроэкология (сельскохозяйственная экология) – это комплексная научная дисциплина, изучающая взаимодействие человека с окружающей средой в процессе сельскохозяйственного производства, влияние сельского хозяйства на природные комплексы и их компоненты, взаимодействие между компонентами агроэкосистем и специфику круговорота в них веществ, перенос энергии, характер функционирования агроэкосистем в условиях техногенных нагрузок. Основными целями агроэкологии являются: - 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 среду. Поэтому главная задача сельскохозяйственной экологии – активизация биологического потенциала агроэкосистем и составляющих их элементов на всех уровнях (от отдельного растения и животного до всей агроэкосистемы) и замена значительной части антропогенной энергии внутренней энергией биологических процессов. Агроэкология ориентирует на селекцию адаптивных сортов растений и пород животных, создание гетерогенных сортовых агропопуляций и сортосмесей растений и смешанных возрастных и породных групп скота; использование севооборотов, поликультур, 5 формирование системы полезных симбиотических связей за счет повышения биологического разнообразия агроэкосистемы, экологическую оптимизацию структуры агроэкосистем. Важным аспектом агроэкологии является разработка методов воздействия на почвы и их население (фауну, микроорганизмы) с целью активизации процессов биологической азотофиксации, гумификации, деструкции остатков пестицидов и управления процессами минерализации органического вещества и нитрификации. Развитие сельскохозяйственной экологии происходило неравномерно. В первой половине XX столетия были достигнуты большие успехи в изучении влияния условий среды на рост и развитие культурных растений, урожайность сельскохозяйственных культур. В середине XX века в сельскохозяйственной экологии стали преобладать системные исследования. Появились агроландшафтов, фундаментальные агробиогеоценозов, работы пастбищных по и изучению ферменных биогеоценозов. Особенно быстро сельскохозяйственная экология начала развиваться в последние два десятилетия в связи с резким ухудшением экологической ситуации в агросфере. 6 Часть I. АГРОЭКОСИСТЕМА КАК АНТРОПОГЕННО ИЗМЕНЕННАЯ ЧАСТЬ БИОСФЕРЫ Модуль 1.1. Природно-ресурсный потенциал сельскохозяйственного производства Вы будете изучать Понятия ресурсы», «природные «природно-ресурсный потенциал», «ресурсный цикл». Классификацию природных ресурсов. Отличительные признаки природных ресурсов и принципы их рационального использования. Биологические, водные, климатические, земельные, почвенные ресурсы, их современное состояние. Основные виды ресурсных цикл, особенности их функционирования. Цели модуля Изучить основные классификации природных ресурсов. Рассмотреть основные отличительные признаки природных ресурсов. Изучить принципы рационального использования природных ресурсов. Познакомить с видами ресурсных циклов, их особенностями. 7 После изучения модуля вы сможете Определить к какой категории относится тот или иной природный ресурс. Правильно использовать природные ресурсы в различных сферах производства. Разработать систему использованию, охране мероприятий и по рациональному воспроизводству природных ресурсов. Охарактеризовать цикл почвенно-климатических ресурсов и сельскохозяйственного сырья. Основная литература 1. Агроэкология / Под ред. В.А. Черникова, А.И. Чекереса. – М.: Колос, 2000. - 536 с. 2. Банников, А.Г. Основы экологии и охрана окружающей среды / А.Г. Банников, А.А. Вакулин, А.К. Рустамов. – М.: Колос, 1999. – 304 с. Дополнительная литература 1. Николайкин, Н.И. Экология / Н.И. Николайкин, Н.Е. Николайкина, О.П. Мелехова. – М.: Дрофа, 2004. – 624 с. 2. Чебышев, Н.В. Основы экологии / Н.В. Чебышев, А.В. Филиппова. – М.: ООО «Издательство Новая Волна», 2007. – 336 с. 3. Экология: учеб. пособие / Под ред. В.В. Денисова. – М.: ИКЦ «МпрТ», Ростов-на-Дону, 2004. – 672 с. Ключевые слова Природные ресурсы, Исчерпаемые природные ресурсы, Неисчерпаемые природные ресурсы, Полезные ископаемые, Природно – ресурсный потенциал, Климатические ресурсы, 8 ресурсы, Водные Земельные ресурсы, Биологические ресурсы, 1.1.1. ПОНЯТИЕ «ПРИРОДНЫЕ РЕСУРСЫ». КЛАССИФИКАЦИЯ ПРИРОДНЫХ РЕСУРСОВ ? Какова роль природы в сельском хозяйстве? Развитие агропромышленного комплекса базируется на научно обоснованном сочетании и рациональном использовании природных, экономических, технических, организационно-хозяйственных общественно-исторических факторов и сельскохозяйственного производства. В сельском хозяйстве именно природные ресурсы являются естественной основой, базисом производства. Природные ресурсы – часть всей совокупности природных условий и компонентов природной среды, которые используются либо могут быть использованы для удовлетворения потребностей общества, поддержания условий существования человечества и повышения качества жизни. Природные ресурсы являются главным объектом природопользования. ? Как классифицируются природные ресурсы? 1. В зависимости от технологического и технического совершенства процессов извлечения и переработки природных ресурсов, экономической рентабельности, сведений об объемах природного сырья выделяют две категории природно-ресурсных запасов: - доступные (реальные) запасы – объемы природного ресурса, выявленные современными методами разведки, технически доступные и экономически рентабельные для освоения; 9 - потенциальные (общие) ресурсы – ресурсы, запасы которых установлены на основе теоретических расчетов и обследований, включая те, которые в настоящее время нельзя освоить по техническим или экономическим причинам (залежи бурого угля на больших глубинах, запасы пресной воды в ледниках, энергия солнца, энергия морских приливов и отливов, пустынные, горные, заболоченные, засоленные территории, зоны вечной мерзлоты). 2. По признаку исчерпаемости все природные ресурсы делятся на: - исчерпаемые ресурсы, которые могут обеспечивать потребности общества в течение определенного периода времени, что зависит от запасов природного ресурса и интенсивности его использования. Исчерпаемые ресурсы подразделяются на невозобновимые (нефть, каменный уголь, природный газ и другие полезные ископаемые), возобновимые (растительный и животный мир, ряд минеральных ресурсов (соль), отложения торфа), относительно возобновимые (лес, почва, многие виды животных). - неисчерпаемы ресурсы (космические ресурсы – солнечная радиация, энергия морских приливов и отливов; климатические ресурсы – тепло и влага атмосферы, воздух, энергия ветра; водные ресурсы). 3. По природному происхождению подразделяются на минеральные, климатические, водные, земельные, почвенные, биологические, материального использования геологические и др. 4. В зависимости от сектора природные ресурсы подразделяются на ресурсы промышленного и сельскохозяйственного производства. 5. В зависимости от характера использования в производственной и непроизводственной сферах выделяют минерально-сырьевые, топливноэнергетические, продовольственные, промышленные, оздоровительные, рекреационные и др. 10 сельскохозяйственные, ландшафтно-курортные, 6. Классификация местонахождению: литосферы, природных энергетические, ресурсы ресурсов газовые продуцентов, по источникам атмосферные, консументов и и водные, редуцентов, климатические, рекреационные, познавательно-информационные, ресурсы пространства и времени. 7. все природные ресурсы делятся на заменимые (полезные ископаемые, энергоресурсы) и незаменимые (атмосферный воздух, вода, генетический фонд растений и животных и др.). ? Каковы отличительные признаки природных ресурсов? Отличительные признаки природных ресурсов: - способность определенных некоторых условиях к видов природных самовоспроизводству ресурсов количества при и качественного состава; - способность переходить из одного качественного состояния в другое при определенных условиях и под воздействием человека; - зависимость качественного состояния от интенсивности производственной и непроизводственной деятельности человека; - зависимость каждого природного ресурса от других. ? Каковы принципы рационального использования природных ресурсов? Принципы рационального использования природных ресурсов: - соответствие характера и способов применения конкретным местным условиям, - предвидение, предотвращение и устранение последствий природопользования; - сохранение научных и эстетических ценностей; - комплексное использование природных ресурсов; 11 негативных - обоснование и соблюдение целесообразности хозяйственного освоения природных ресурсов; - комплексное использование и уменьшение или устранение потерь на всех этапах природопользования; - экологизация всех производственных процессов. 1.1.2. ПОНЯТИЕ «ПРИРОДНО – РЕСУРСНЫЙ ПОТЕНЦИАЛ» ? Что такое природно-ресурсный потенциал? Природно – ресурсный потенциал – способность природных систем без ущерба для себя (а следовательно, и для людей) отдавать необходимую человечеству продукцию или производить полезную для него работу в рамках хозяйства данного исторического типа. Природно-ресурсный потенциал – часть природных ресурсов Земли и ближайшего космоса, которая может быть вовлечена в хозяйственную деятельность при данных технических и социально-экономических возможностях общества с условием сохранения среды жизни человечества. В процессе хозяйственного освоения территории происходит количественное и качественное изменение природно – ресурсного потенциала территории. Сохранение, рациональное и комплексное использование этого потенциала - одна из основных задач рационального природопользования. В сельскохозяйственное производство прямо или косвенно вовлечены практически все природные ресурсы и в первую очередь это климатические, водные, земельные, биологические и генетические ресурсы. Климатические ресурсы. Погодно-климатические условия попрежнему остаются лимитирующим фактором в сельском хозяйстве стран всего мира. Оценка климатических условий на далекую перспективу 12 связана с организацией и проведением мелиоративных мероприятий, со специализацией сельского хозяйства, размещением сельскохозяйственных культур, с внедрением новых технологий и др. агроклиматический потенциал в России значительно ниже, чем в других странах. Это хорошо видно при сравнении среднегодового количества осадков. Например, среднегодовое количество осадков в США и Великобритании в благоприятные годы составляет 2000 мм, в неблагоприятные – 600 мм. В РФ максимальное количество осадков в благоприятные годы выпадает Северо-Кавказском регионе (600 мм), минимальное в Сибири (400 мм), в засушливые годы в этих регионах выпадает соответственно 300 и 200 мм осадков. В Саратовской области в благоприятные годы в среднем выпадает около 500 мм осадков, в неблагоприятные – около 200 мм. Зоны, в которых количество осадков не превышает 500 мм считаются зонами рискованного земледелия. Поэтому для учета и рационального использования климатических ресурсов важно соблюдать соответствие классификаций климата классификациям сельскохозяйственного производства. Водные ресурсы. Мировые запасы воды на Земле равны 1403,5·106 км3. Суммарное количество пресной воды составляет 28 млн. км3. Несмотря на столь большие запасы пресных вод, в активном обмене участвует только 134 тыс. км3, а для водоснабжения используется лишь 15 тыс. км3. В настоящее время дефицит пресной воды отмечается во многих странах. Это связано с неравномерным ее распределением на суше, быстрым ростом населения, усиленным развитием промышленности и сельского хозяйства. В реки и другие водоемы ежегодно сбрасывается свыше 450 км3 сточных вод. Сельское хозяйство – один из крупнейших водопотребителей (табл. 1). К важнейшим мероприятиям, направленным на борьбу с потерями воды и сохранение ее чистоты, относятся: 13 - размещение посевов с учетом водообеспеченности территории; - оптимизация применения удобрений и пестицидов с целью предотвращения загрязнения поверхностных и подземных вод; - сокращение оросительных и поливных норм; - уменьшение потерь на фильтрацию, испарение и непроизводственных расходов; - применение наиболее прогрессивных способов увлажнения почв; Таблица 1 Ориентировочный расход воды в сельском хозяйстве Процесс Расход воды В земледелии: на богаре на производство 1 кг, л зерна картофеля на орошаемых землях, тыс. м3/га рис сады кукуруза овощные культуры зерновые люцерна В животноводстве на содержание одной головы, л/сутки крупного рогатого скота свиноматки На предприятиях переработки сельскохозяйственной продукции: на убой одной головы крупного рогатого скота, л на производство 1 кг сливочного масла, л на производство 1 т сахара, м3 750 1500 16-20 7-8 2-4 3-8 2-3 3-6 115 234 500 10 100 - дальнейшее развитие, разработка и внедрение мелиоративных систем двустороннего действия с частично замкнутой циркуляцией воды; - охрана рек и обеспечение самоочищающей способности; - рациональное использование водохранилищ и поддержание в них надлежащего качества воды; - проведение лесоохранных мероприятий, направленных количественное и качественное регулирование водных ресурсов. 14 на Земельные и почвенные ресурсы. Почва – основное средство производства сельскохозяйственного производства. Человечество получает из почвы до 95 % всех продуктов питания. Общая площадь земельных ресурсов нашей планеты равна 149 млн. км2. По данным ФАО, до 70 % земельных ресурсов мира приходится на малопродуктивные угодья. Всего в мире обрабатываемые земли, за исключением пастбищ, занимают около 11 % суши, а испорченные земли – овраги, выработанные карьеры, пустоши с разрушенным почвенным слоем – 3 % (т.е. более 25 % обрабатываемых земель). Если считать и земли, выведенные из землепользования в связи с засолением, подтоплением и др., то за время своего существования человечество потеряло половину всех земель суши, пригодных для сельского хозяйства. Ежегодно в мире из-за деградации почв и отчуждения земель на несельскохозяйственные нужды теряется около 7 млн. га пахотных почв, т.е. площадь, которая смогла бы прокормить 21 млн. человек. Земельные ресурсы Российской Федерации в настоящее время составляют 1,7 млрд. га, однако сельскохозяйственные угодья занимают всего лишь 222, 1 млн. га (пашня – 132, 2 млн. га). Состояние сельскохозяйственных угодий РФ оценивается как неудовлетворительное: 124 млн. га, в том числе 82,5 млн. га пашни, подвержено эрозии; переувлажнено и заболочено - 26; закислено – 73; засолено и осолонцовано – 40; техногенно загрязнено – 62; опустынено – 9; заросло мелколесьем и кустарником – 3; нуждается в рекультивации – 2,3 млн. га. При этом процессы деградации сельскохозяйственных земель продолжаются: ежегодно переходит в разряд эродированных до 0,5 млн. га, зарастают кустарником и мелколесьем 0,2 млн. га, опустыниваются 50 – 60 тыс. га. Ресурсы сельскохозяйственных угодий убывают и за счет 15 отчуждения под строительство городов и поселков, горнодобывающих и других промышленных предприятий, прокладки коммуникаций. Биологические ресурсы. К настоящему времени на Земле описано и систематизировано более 1,75 млн. видов живых организмов. Всего же общее число биологических видов Земли может составлять до 14 млн. (UNEP-WCMC 2000). Большинство не известных науке видов, вероятно, относится к типу членистоногих, но периодически новые виды открывают и в других таксонах, в том числе и в типе хордовые. В ходе эволюции биосферы видовой состав организмов Земли постоянно менялся. По данным Международной комиссии по окружающей среде и развитию (МКОСР), средний срок существования видов Земли составляет 5 млн. лет. В начальные периоды формирования биосферы видовое разнообразие биосферы нарастало, но затем стабилизировалось и на протяжении последних 60 млн. лет было относительно постоянным. В течение последних 200 млн. лет каждый миллион лет исчезало по 900 тыс. видов (примерно один вид в год), однако в связи с появлением человека (1 млн. лет назад) и возрастанием его роли в биосфере этот процесс многократно ускорился. В настоящее время под угрозой находится более 25 тыс. видов, но это число включает только известные и, в основном, относящиеся к высокоорганизованным таксонам, поэтому истинное число исчезающих видов не установлено (табл. 2). Таблица 2 составлена по данным Красной книга Всемирного союза охраны природы (МСОП) (Hilton-Taylor 2000) и данным по видам UNEP-WCMC (UNEP-WCMC 2001а). Таблица 2 Количество видов позвоночных, находящихся под угрозой полного исчезновения Регион МлекопиПтицы Рептилии Амфибии Рыбы Всего тающие Африка 294 217 47 17 148 723 Азия и Океания 526 523 106 67 247 1469 Европа 82 54 31 10 83 260 Латинская Америка 275 361 77 28 132 873 16 и Карибский бассейн Северная Америка Западная Азия Полярные регионы 51 0 0 50 24 6 27 30 7 24 8 0 117 9 1 269 71 14 Документально засвидетельствовано: за последние 400 лет утрачено более 130 видов млекопитающих, 160 видов птиц: дикий бык тур, дикая лошадь тарпан, крупное морское млекопитающее стеллерова корова, нелетающая голубиная птица дронт, гигантская новозеландская птица моа, бескрылая гагарка, американский странствующий голубь, каролинский попугай и др. На грани исчезновения стояли зубр, бизон, лошадь Пржевальского, американский бобр, олень Давида, кулан, калифорнийский кондор и др. Чем больше видов обитает на Земле, тем больше возможностей у человека использовать их в своих целях. Использование материалов растительного, животного, микробного происхождения имеет множество аспектов применения – как продуктов питания, в сельском хозяйстве, медицине, строительстве, энергетике, промышленности и др. В настоящее время человек использует в питании около двух сотен видов растений, а в промышленных масштабах. В России перспективными для хозяйственного использования считают более 600 видов растений. Дикие виды растений и животных содержат ценнейший генофонд, необходимый для селекционной работы, выведения новых устойчивых и продуктивных пород и сортов. Многие виды из дикой природы могут использоваться человеком как естественные враги вредителей сельского хозяйства и в других практических целях. Неоценимы возможности диких видов для получения лекарственных средств и других ценных препаратов. Дикие животные необходимы для испытания новых лекарств, вакцин, методов лечения и др. 17 По данным Всемирного союза охраны природы (МСОП), в ближайшие 100 лет под угрозой уничтожения могут оказаться до 25 % всех видов. Только при сведении тропических лесов могут исчезнуть миллионы открытых и неоткрытых видов. Основными причинами уничтожения живых организмов человеком являются: разрушение природных местообитаний, их деградация, упрощение, фрагментация; загрязнение окружающей среды; чрезмерная эксплуатация (добывание) видов – вылов, отстрел, собирание, вырубка и др.; вытеснение аборигенных видов интродуцированными - искусственно вселенными человеком из других экосистем; целенаправленное уничтожение – для защиты урожаев, домашних животных и других объектов; непреднамеренное (случайное) уничтожение. Истребление видов животных имеет гораздо больший резонанс, чем истребление растений. Число истребленных видов растений неизвестно, по некоторым данным, оно может составлять более 10 % их числа. При исчезновении растений исчезают связанные с ними животные. Мерами по сохранению биологического разнообразия и устойчивой эксплуатации биологических ресурсов Земли являются: — снижение антропогенного давления на природные экосистемы; — защита естественной среды обитания организмов; — защита отдельных видов от чрезмерной эксплуатации и непреднамеренного уничтожения; — принятие законов, международных соглашений по сохранению местообитаний и отдельных видов; — создание особо охраняемых природных территорий; — сохранение генофонда диких видов и аборигенных пород и сортов в ботанических садах, зоопарках, банках генов, банках репродуктивного материала (семян, зародышевых материалов, меристем растений, половых клеток животных). Все без исключения виды бесценны для биосферы. 18 Человек, несмотря на все достижения науки и техники, не способен ни заменить, ни воссоздать ни один из них. Все живые организмы Земли полезны для человека, даже если не включены впрямую в его хозяйственную деятельность. 1.1.3. ПОНЯТИЕ «РЕСУРСНЫЙ ЦИКЛ». ВИДЫ РЕСУРСНЫХ ЦИКЛОВ ? Что такое «ресурсный цикл»? Какие существуют виды ресурсных циклов? Ресурсный цикл – это совокупность превращений и пространственных перемещений определенного вещества, происходящих на всех этапах использования его человеком и протекающих в рамках общественного звена общего круговорота данного вещества на Земле. Одним из важнейших критериев рациональности функционирования и развития ресурсных циклов является обеспечение необходимых человеку полноценных свойств и качеств окружающей среды. Различают шесть основных ресурсных циклов: - цикл энергоресурсов и энергии с подциклами энергохимическим и гидроэнергетическим; - цикл металлорудных ресурсов и металлов с коксохимическим подциклом; - цикл неметаллического ископаемого сырья с группой подциклов – горнохимическим, минеральных стройматериалов, особенно ценных и редких нерудных полезных ископаемых; - цикл лесных ресурсов и лесоматериалов с лесохимическим подциклом; - цикл почвенных и сельскохозяйственного сырья; 19 климатических ресурсов и - цикл ресурсов фауны и флоры с серией подциклов, которые формируются на основе биологических ресурсов, водных ресурсов, ресурсов охотничьего хозяйства и полезных дикорастущих растений. Одним из древнейших по времени возникновения является цикл почвенных и климатических ресурсов и сельскохозяйственного сырья, который обеспечивает жизнь человека как биологического вида, поставляя продукты питания и ресурсы, необходимые человеку как социальному существу. Основная особенность данного цикла – это преобразование вовлеченных в результате деятельности человека вещество и энергии уже на начальных стадиях, еще в пределах природных экосистем (или агроэкосистем), в Функционирование форму, этого пригодную цикла для дальнейшего происходит при усвоения. очень низком коэффициенте полезного использования первичной продукции и энергии. Например, во всем мире человеком используется лишь 2 – 3 % фитомассы, образующейся на суше. При этом из общей биомассы, получаемой на полях и пастбищах, в пищевых цепях люди потребляют около 9 %. Поэтому все усилия должны быть направлены на повышение коэффициента полезного использования вещества и энергии путем вовлечения в круговорот более продуктивных растений и животных с учетом специфики природно-климатических условий. Следовательно, экологизация сельскохозяйственного производства должна быть направлена на оптимизацию цикла почвенно-климатических ресурсов и сельскохозяйственного сырья. Контрольные вопросы и задания 1. Что такое природные ресурсы? 2. Как классифицируются природные ресурсы? 3. Назовите основные отличительные ресурсов. 20 признаки природных 4. Назовите основные принципы рационального использования природных ресурсов. 5. Что такое природно – ресурсный потенциал? 6. Какие природные ресурсы играют первостепенную роль в сельскохозяйственном производстве? 7. Какие природные ресурсы в наибольшей степени вовлечены в сельскохозяйственное производство, их значение и современное состояние? 8. Дайте определение «ресурсный цикл». 9. Назовите основные виды ресурсных циклов. 10.Охарактеризуйте цикл почвенно-климатических ресурсов и сельскохозяйственного сырья. Модуль 1.2. Понятие об агроэкосистемах Вы будете изучать Понятия «агроэкосистема», «агроценоз», «аграрный ландшафт», «агросфера», «устойчивость агроэкосистем». Основную функцию агроэкосистем и ее ресурсы (возобновимые и невозобновимые). Трофическую структуру агроэкосистем. Биологическую продуктивность агроэкосистем. Отличительные особенности агроэкосистем от природных систем. Классификации агроэкосистем. Цели модуля 21 функционирования Изучить основы организации и развития современных агроэкосистем. Показать особенности действия природных и антропогенных факторов на агроэкосистемы. Познакомить с основными типами агроэкосистем. После изучения модуля вы сможете Прогнозировать развитие различных агроэкосистем. Охарактеризовать структуру агроэкосистемы и ее ресурсы с учетом отличительных особенностей от природных экосистем. Владеть научными основами функционирования агроэкосистем. Создать экологически устойчивые агроэкосистемы. Основная литература 1. Агроэкология / Под ред. В.А. Черникова, А.И. Чекереса. – М.: Колос, 2000. - 536 с. 2. Агроэкология. Методология, технология, экономика / Под ред. В.А. Черникова, А.И. Чекереса. – М.: КолосС, 2004, - 400 с. 3. Шапиро, Я.С. Агроэкосистемы: учеб. пособие / Я.С. Шапиро. – СПб.: ЭЛБИ – СПб, 2005 – 264 с. Дополнительная литература 1. Николайкин, Н.И. Экология / Н.И. Николайкин, Н.Е. Николайкина, О.П. Мелехова. – М.: Дрофа, 2004. – 624 с. 2. Сельскохозяйственная экология / Под ред. А.В. Голубев, Н.А. Мосиенко. – Саратов: Издательство Саратовской государственной сельскохозяйственной академии, 1997. – 418 с. 3. Экология: учеб. пособие / Под ред. В.В. Денисова. – М.: ИКЦ «МпрТ», Ростов-на-Дону, 2004. – 672 с. 22 Ключевые слова Агроэкосистема, Экосистема, Агроценоз, Аграрный ландшафт, Агросфера, Ресурсы агроэкосистем, Трофическая структура, Биологический круговорот, Биологическая продукция агроэкосистемы, Классификация агроэкосистем, Устойчивость агроэкосистем, Землепользование, Пластичность. ? Начиная Каковы предпосылки возникновение агроэкосистем? с VII в. до н. э. почва становится основой сельскохозяйственного производства. Сельское хозяйство, отличаясь более значительными территориальными вмешательствами по сравнению с другими видами деятельности человека, существенно трансформирует природные комплексы. В результате этого долговременного воздействия сформировались разнообразные антропогенные сельскохозяйственные образования (пашни, садовые насаждения, луга, пастбища и др.). В настоящее время земельный фонд мира составляет 14,9 млрд. га, Саратовской области – 10123,9 тыс. га. Из них сельскохозяйственные земли занимают 1,5 млрд. га и 0,14 млн. га соответственно. В процессе целенаправленного производства первичной и вторичной биологической продукции произошло изменение естественных систем, их преобразование в малоизученные современные системы: агроэкосистемы, агроценозы, аграрный ландшафт, агросфера. 23 Эти системы сходны с урбанизированными и промышленными системами своей зависимостью от внешних факторов. Они обостряют разнообразные экологические проблемы и становятся значимым фактором воздействия на окружающую среду. 1.2.1. ПОНЯТИЯ «АГРОЭКОСИСТЕМА», «АГРОЦЕНОЗ», «АГРАРНЫЙ ЛАНДШАФТ», «АГРОСФЕРА», «УСТОЙЧИВОСТЬ АГРОЭКОСИСТЕМ» ? Что такое «агроэкосистема», «агроценоз», «аграрный ландшафт», «агросфера»? Каковы принципы устойчивого функционирования агроэкосистем? Агроэкосистема – неустойчивая, искусственно созданная и регулярно поддерживаемая человеком экосистема с целью производства сельскохозяйственной продукции. Это поля, сады, виноградники, полезащитные лесные полосы и др. Основой агроэкосистем являются агроценозы. Агроценоз (от греч. agros – поле, bios – жизнь, koinos - общий) совокупность организмов, обитающих на сельскохозяйственных землях, а также землях лесного пользования, занятых посевами или посадками культурных растений или древесных насаждений. Агроценозы всегда вторичны, поскольку возникают на месте естественных биоценозов под влиянием деятельности человека. В агроценозах растительный покров представлен одним или немногими видами. Замена сложного растительного покрова монокультурой приводит к резкой перестройке комплекса фитофагов. Виды, неспособные питаться возделываемыми растениями могут исчезать. В агроценозах численность энтомофагов 24 также резко снижается. Агроценозы регулируются деятельностью человека. Они обладают высокой продуктивностью, но малой экологической устойчивостью. При формировании агроэкосистем основополагающее значение имеет их устойчивость – способность сохранять и поддерживать значение своих параметров и структуры в пространстве и во времени без изменения характера функционирования. Параметрами устойчивости агроэкосистемы являются функции, режимы и свойства почвы; структура, организация и продуктивность агрофитоценоза; структура и организация микробного сообщества; интенсивность и сбалансированность биогеохимического круговорота; потоки информации. Агроэкосистемы должны обладать пластичносью, что означает их способность возвращаться в прежнюю область устойчивого равновесия после временного воздействия природного или антропогенного фактора; инерционностью, вследствие которой при переходе из одной области устойчивого равновесия в другую сохраняются внутренние связи. Сохранение и повышение плодородия почв – центральное звено в обеспечении устойчивости агроэкосистем. Аграрный ландшафт – экосистема, сформировавшаяся в результате сельскохозяйственного преобразования природного ландшафта. Основу создания агроландшафтов экологически должна дифференцированная составлять система безопасных научно ведения и устойчивых обоснованная строго сельскохозяйственного производства, ориентированная на получение продукции высокого качества и максимально возможного по природным условиям количества при условии сохранения и обогащения среды обитания. Для достижения оптимальности функционирования адаптированных к конкретным условиям земледельческих систем важно соблюдение 25 принципа адекватности, взаимоувязки и соподчинения природного, технологического, экономического и социального признаков. Экологическая и социальная значимость агроландшафтов определяются их ролью в жизнеобеспечении общества и в регулировании качества среды. Интенсивность использования биологических ресурсов агроландшафтов должна ограничиваться их способностью к возобновлению. Агросфера - глобальная система, объединяющая всю территорию Земли, преобразованную сельскохозяйственной деятельностью человека. Принципы устойчивого функционирования агроэкосистем: 1. Потребление ресурсов и удаление отходов осуществляются в процессе круговоротов всех элементов. 2. Энергетика экосистемы определяется прежде всего притоком солнечной энергии, которая избыточно доступна и неисчерпаема. 3. Величина биомассы зависит от длины пищевой цепи. 1.2.2. ФУНКЦИЯ АГРОЭКОСИСТЕМЫ, ЕЕ РЕСУРСЫ. ТРОФИЧЕСКАЯ СТРУКТУРА АГРОЭКОСИСТЕМЫ. БИОЛОГИЧЕСКАЯ ПРОДУКЦИЯ АГРОЭКОСИСТЕМЫ ? Какова основная функция агроэкосистем и ее ресурсы? Методы сохранения ресурсов агроэкосистем. Основная функция агроэкосистемы – получение максимального количества сельскохозяйственной продукции высокого качества при сохранении агроресурсов, в первую очередь почв и биоразнообразия. Ресурсы агроэкосистемы и методы их сохранения представлены в таблице 3. Таблица 3 Ресурсы агроэкосистемы и методы их сохранения Ресурсы агроэкосистемы Методы сохранения Возобновимые: 26 содержание гумуса в почве содержание азота в почве гидрохимический и гидрологический режимы Невозобновимые: запасы фтора, калия и других элементов питания биоразнообразие ? Почвозащитные обработки почвы; насыщение севооборотов почвовосстанавливающими культурами; полное использование навоза Активизация процессов биологической азотфиксации; внесение навоза и азотных минеральных удобрений Нормирование водозаборов для полива; исключение осушения болот; предотвращение сельскохозяйственного и техногенного загрязнения почв Внесение минеральных удобрений Сокращение площади пашни; снижение пастбищных нагрузок; рациональное использование лесных насаждений; использование восстановительных сукцессий Каковы особенности трофической структуры агроэкосистемы? Каковы механизмы эффективного использования трофической структуры? Поступающая в агроэкосистему энергия передается по пищевым цепям. В агроэкосистеме выделяют две основные (главные) пищевые цепи: растение – человек; растение – скот – человек. В агроэкосистему могут внедряться различные спонтанные организмы (сорняки, насекомые – фитофаги), вследствие чего возможно образование и потеря (дополнительный расход) ресурсов энергии. Сорные растения приспособились к условиям жизни в агроэкосистемах, многие виды осуществили переход от многолетних форм к озимым, зимующим и яровым однолетним формам. Они изменили свою морфологию, физиологию. Культура не оказывает существенного влияния на изменение состава зачатков сорных растений в почве, поэтому посевы разных культур в аналогичных экологических условиях имеют высокое сходство по видовому составу сорных растений. Например, в посевах ржи, озимой пшеницы и яровых культур 83,3 % сорняков являются общими. Для яровых культур доля общих видов может составлять 93,0 %. 27 Исследования показывают, что видовой состав сорных растений и особенно полевые комплексы насекомых в агроэкосистемах совершают определенные миграции за культурой в пределах севооборота. При этом их биомасса и видовой состав в пределах севооборота из года в год меняется мало. В пастбищных и луговых системах на видовое разнообразие большое влияние оказывает деятельность грызунов. Исследования, проведенные в разные годы и разных географических зонах, показали, что грызуны оказывают очень большое влияние на видовое разнообразие растительного покрова пастбищ. Их деятельность способствует возникновению и расселению сорных растений. Стоит отметить, что применение химических средств защиты растений в агроэкосистемах, безусловно, скажется как на видовом составе сорных растений, так и на возникновении новых форм, которые будут устойчивы к применяемым гербицидам. Более полное использование энергии и подавление дополнительных пищевых цепей в агроэкосистеме возможно при помощи соответствующих механизмов, представленных в таблице 4. Таблица 4 Механизмы эффективного использования трофической структуры агроэкосистемы Функциональные параметры Механизмы эффективного использования агроэкосистемы Определение соотношения потоков Специализация хозяйств, определяющаяся энергии, протекающей по главным цепям природными и экономическими факторами Подавление образования дополнительных Активизация «модулей самоорганизации»; пищевых цепей, по которым происходит формирование системы полезных отток вещества и энергии из основных симбиотических связей, где цепей поддерживается высокое биоразнообразие и энтомофаги автоматически регулируют фитофагов; агротехнические мероприятия, химические ? Как характеризуется биологическая продукция агроэкосистем? С помощью каких мероприятий можно повысить биологическую продукцию агроэкосистем? 28 Биологическая продукция агроэкосистем разделяется на две группы: первичную и вторичную. Для повышения первичной биологической продукции агроэкосистемы необходимо: - учет и контроль абиотических факторов, влияющих на рост и развитие растений (обеспеченность водой, элементами питания, снятие «стрессов»: засоление, техногенное загрязнение); - повышение биотического потенциала продуцентов (селекция растений); - повышение полноты использования ресурсов среды продуцентами (использование сортосмесей, смешанных посевов; оптимизация структуры севооборотов; улучшение естественных кормовых угодий); - повышение качества первичной биологической продукции (выбор наиболее рентабельных сельскохозяйственных культур). Увеличение вторичной биологической продукции возможно благодаря: - повышению эффективности передачи вещества и энергии в звене пищевой цепи «растение - скот» (оптимизация структуры поголовья скота; оптимизация срока откорма разных видов сельскохозяйственных животных; использование сбалансированных кормовых рационов; полное вовлечение в откорм всех отходов растениеводства; рациональное использование пастбищ); - адаптация поголовья и его структуры к колебаниям климата (разделение поголовья на группы разной стабильности; создание запаса страховых кормов; «импорт» кормов, «экспорт» сельскохозяйственных животных на откорм в другие районы). 1.2.3. КАКОВЫ ОТЛИЧИТЕЛЬНЫЕ ОСОБЕННОСТИ ФУНКЦИОНИРОВАНИЯ АГРОЭКОСИСТЕМ ОТ ПРИРОДНЫХ 29 СИСТЕМ? ? В чем заключаются принципиальные отличия функционирования агроэкосистем от природных систем? Естественные системы и агроэкосистемы имеют свойственные им потоки энергии и возможности накопления ее, внутренние и внешние круговороты веществ, обладают способностью регулировать эти процессы, которые существенно отличаются друг от друга. Первое различие между естественными и искусственными экосистемами (агроэкосистемами) состоит в разном направлении отбора. Естественный отбор, отметая нежизнеспособные формы организмов и их сообществ, ведет организацию естественных экосистем к их фундаментальному свойству – устойчивости. При недостатке света, тепла и влаги, питательных элементов выживают те конкурирующие виды, которые способны пройти весь жизненный цикл и оставить потомство. Агробиоценозы находятся вне сферы естественного отбора, эти системы создаются и поддерживаются человеком. Искусственный отбор направлен прежде всего на повышение урожайности сельскохозяйственных культур. Причем урожайность не связана с устойчивостью к неблагоприятным факторам. Второе отличие связано с поступающей энергией. Естественные экосистемы используют единственный источник энергии – солнце. КПД использования солнечной энергии мал, однако естественные экосистемы устойчиво существуют на этом количестве энергии, трансформируя ее в различных пищевых цепях. Для большинства типов растительного покрова КПД накопления биомассы составляет в среднем 1,0 – 2,0 % поглощенной ФАР (область фотосинтетически активной радиации, равная 0,38 – 0,71 мкм). Пустынные 30 кустарники имеют КПД 0,03 %, альпийские травянистые растения – 0,15 – 0,75 %. Наиболее высокий КПД у лесных экосистем – 2,0 – 4,0 %. В целом растительный покров России характеризуется величиной КПД около 0,7 % поглощенной ФАР. Агробиоценозы наряду с солнечной энергией получают дополнительную. Доля антропогенной энергии составляет 5 – 10 % от общей. К такой энергии относятся: мышечные усилия человека, удобрения, пестициды, орошение, сельскохозяйственные машины и др. Энергетические вложения всегда сопровождаются вещественными, что оказывает влияние на биологический круговорот в агроценозах. В целом же КПД хорошего посева за вегетационный период не превышает 1,0 – 4,0 %. Третье отличие состоит в разнообразии экологического состава фитоценоза. Разнообразие экологического состава фитоценоза обеспечивает устойчивость продукционного процесса при колебании погодных условий в различные годы. Угнетение одних растений в естественных экосистемах приводит к повышению продуктивности других. В результате сохраняется способность к созданию продукции в разные годы. Агроценоз полевых культур – сообщество монодоминантное, односортовое. Действие неблагоприятных факторов одинаково отражается на всех растениях агроценоза. Угнетение роста и развития одной культуры не может быть компенсировано усиленным ростом других растений. В результате устойчивость агроценоза ниже, чем в естественных экосистемах. Четвертое отличие заключается в наличии растений с различными фенологическими ритмами. 31 Наличие широкого спектра растений с различными фенологическими ритмами позволяет естественным экосистемам осуществлять продукционный процесс в течение всего вегетационного периода непрерывно, наиболее полно и экономно расходуя ресурсы тепла, влаги и питательных элементов. В агроэкосистемах период вегетации культурных растений короче вегетационного одновременен и сезона. В последовательность агробиоценозе стадий рост развития во растений многом синхронна. Поэтому время взаимодействия растений и их остатков с почвой намного короче, чем в естественных системах, что негативно отражается на обменных процессах в системе. Надземные растительные остатки поступают на почву на короткий промежуток времени, лишь в конце лета и в начале осени, минерализация их осуществляется лишь в следующем сезоне, что негативно отражается на уровне почвенного плодородия. Одно из самых существенных различий между естественными экосистемами и агроэкосистемами заключается в степени скомпенсированности круговорота внутри экосистемы. В естественных экосистемах приход вещества в цикл за определенный период в среднем приблизительно равен выходу вещества из цикла. Антропогенное воздействие нарушает скомпенсированность (замкнутость) биологического круговорота. В агроэкосистемах часть веществ изымается из экосистемы безвозвратно. В агроценозах с растительной продукцией выносится 50,0 – 60,0 % органического вещества. Даже внесение удобрений не может компенсировать выносимые с урожаем элементы питания. Уменьшение содержания гумуса ухудшает условия развития полезной микрофлоры, в том числе «почвоочистительной», способствует 32 утрате запасов внутрипочвенной энергии, элементов питания, благоприятствует усилению процесса смыва и вымывания, то есть обусловливает деградацию базиса. Шестое отличие заключается в том, что природные системы авторегуляторны, агроэкосистемы – управляемые человеком. Человек в агроэкосистемах контролирует или изменяет влияние природных факторов. В связи с чем необходимо найти условия повышения урожайности культур при минимальных затратах вещества и энергии, при которых сохранялось и повышалось почвенное плодородие. 1.2.4. КАК КЛАССИФИКАЦИРУЮТСЯ АГРОЭКОСИСТЕМЫ? ? Какие виды агроэкосистем известны в мировой практике ведения сельского хозяйства? В мировой практике отсутствие общепринятой классификации агроэкосистем восполняется, в известной мере, типизацией структур земледелия, применяемой ФАО. Согласно ей, выделяется пять видов землепользования, по каждому из которых классифицированы агроэкосистемы: Земледельческое или полевое землепользование – богарные, орошаемые и бахчевые агроэкосистемы (ротации зерновых, бобовых, фуражных, корнеплодных, овощных, технических и лекарственных культур); Плантационно – садовое землепользование – плантационные агроэкосистемы (чайный куст, дерево какао, кофейное дерево, сахарный 33 тростник), садовые агроэкосистемы (плодовые сады, ягодники, виноградники); Пастбищное землепользование – пастбищные агроэкосистемы (отгонные пастбища: тундровые, пустынные, горные; лесные пастбища; улучшенные пастбища: сенокосы, окультуренные луга); Смешанное землепользование – смешанные агроэкосистемы, характеризующиеся равнозначным соотношением и сочетанием нескольких видов землепользования, а также процессов получения как первичной, так и вторичной биологической продукции; Землепользование биологической (территории в целях производства вторичной агропромышленные экосистемы «индустриализированного» производства продукции интенсивного – молока, мяса, яиц и другой продукции на основе преобладающих процессов снабжения системы веществом и энергией извне). По энергетическим вложениям выделяют агроэкосистемы доиндустриальные с дополнительной энергией в виде мышечных усилий человека и животных. Это самодостаточные системы, в которых выращенная продукция попадает либо самому производителю, либо на продажу (обмен) на местные рынки. Основная доля земель в мире (до 60 %) обрабатывается этим способом, большая часть таких земель находится в Азии, Африке, Южной Америке. При своей примитивности они гармонизируют с природными системами. По усредненным данным в такие системы вкладывается энергии около 2·109 Дж/га. Среди агроэкосистем доиндустриального периода различают следующие типы: - скотоводческие (разведение крупного рогатого скота); - кочевые или подсечно – огневые (расчистка участков леса и сжигание древесных остатков с сельскохозяйственных культур); 34 последующим выращиванием - заливные системы (орошение во время паводков). Кроме доиндустриальных интенсивные агроэкосистем механизированные существуют агроэкосистемы. Они характеризуются крупными энергетическими дотациями в виде горючего, пестицидов, удобрений и др. Продукция получается в количестве, превышающем местные потребности, она идет на экспорт. Величина дополнительной энергии существенна - 20·109 Дж/га (целесообразный предел внесения дополнительной энергии 15·109 Дж/га). В процессе формирования, развития и эксплуатации агросистемных образований принципиально важно учитывать естественное плодородие почв и условия его воспроизводства. По этим основания можно выделить три базовых типа агроэкосистем, которые представлены в таблице 5. Таблица 5 Классификация агроэкосистем по воспроизводству плодородия почв Характеристика воспроизводства естественного плодородия Неполное воспроизводство Тип агроэкосистемы Природоемкий Простое воспроизводство Природоохранный Расширенное воспроизводство Природоулучшающий Тенденция процесса Падение уровня естественного плодородия Сохранение уровня естественного плодородия Повышение уровня естественного плодородия В настоящее время преимущественно доминирует природоемкий тип. Следует также отметить, что пропорционально типу воспроизводства почвенного плодородия меняется эффективность агроэкосистемы антропогенной энергии. 35 привносимой в К экологически организованной агроэкосистеме предъявляется требование сестайнинга (от англ.sustainable - поддерживающий). Для любого приближение к варианта агроэкосистемы экологическому равновесию сестайнинг за счет означает обеспечения максимальной замкнутости циклов вещества, миминимизации количества антропогенной энергии, повышения биологического разнообразия и его потенциальной способности к формированию полезных симбиотических связей. Существует обобщенная характеристика основных типов агроэкосистем и тактик достижения сестайнинга (табл. 6). Энергетический баланс экосистем, меняющийся в зависимости от климатической зоны, объективно обусловливает формирование у экосистем приспособленности к «оптимальному» поглощению лучистой энергии, возможному в конкретных условиях. Адаптированность энергетического баланса экосистемы, соответствующая энергозатратам на теплообмен и транспирацию, повсеместно определяет продукционную эффективность как естественных, так и искусственных ценотических образований. Энергетические особенности различных природных зон планеты позволяют выделить 5 основных (глобальных) типов агроэкосистем: 1. Тропический тип. Характеризуется высокой обеспеченностью теплом, способствующей непрерывной вегетации. Земледелие, главным образом, на основе функционирования агроэкосистем с преобладанием многолетних культур (ананасы, бананы, какао, кофе, многолетний хлопчатник и др.). Однолетние культуры здесь дают несколько урожаев в год. Особенностью является непрерывная потребность во вложении антропогенной энергии в связи с постоянным в течение года проведением полевых работ. 36 Таблица 6 Обобщенная характеристика основных типов агроэкосистем и тактик достижения сестайнинга Группы по размеру антропогенной Степень Продуктивность энергетической адаптивности субсидии (а. э. с.) Специализация Растениеводческая Животноводческая Экстенсивные (низкие а. э. с.) Низкая Высокая Комплексная Растениеводческая Животноводческая Интенсивные (высокие а. э. с.) Высокая Низкая Комплексная Растениеводческая Животноводческая Адаптивные (умеренные а.э.с.) Умеренно высокая Высокая Комплексная 37 Тактика сестайнинга Обеспечение достаточной длительности залежно переложной стадии Обеспечение баланса между продуктивностью кормовых угодий и поголовьем скота Обеспечение баланса между площадями пашни и луга и поголовьем скота Применение севооборотов с травами и сидератами Утилизация бесподстилочного навоза, возврат его на пашню Утилизация бесподстилочного навоза, возврат его на пашню Сидерация, севообороты биометодов Обеспечение адаптивной структуры агроэкосистемы, сохранение биологического разнообразия Севообороты, полная утилизация навоза, применение Для агроэкосистем этого типа присуща фактически равнозначность естественного и антропогенного процессов массо- и энергообмена. 2. Субтропический тип. Интенсивность антропогенных потоков веществ и энергии меньше; проявляются дискретность и дисперсность этих потоков. В основном характерно наличие двух вегетационных периодов – летнего и зимнего. Произрастают многолетние растения, которые имеют хорошо выраженный период вегетативного покоя (виноград, грецкий орех, чай и др.). Однолетние растения летнего периода представлены кукурузой, рисом, соей, хлопчатником и т.д.). 3. Умеренный тип. Агроэкосистемы характеризуются лишь одним (летним) вегетационным периодом и продолжительным («нерабочим») периодом зимнего покоя. Очень высокая потребность во вложении антропогенной энергии приходится на весну, лето и первую половину осени. 4. Полярный тип. Земледелие носит очаговый характер. Агроэкосистемы существенно ограничены территориально и по видам возделываемых культур (листовые овощи, ячмень, некоторые корнеплоды, ранний картофель). 5. Арктический тип. Агроэкосистемы открытого грунта отсутствуют. Возделывание культурных растений исключено из – за очень низких температур теплого периода: в летние месяцы бывают длительные похолодания с отрицательными температурами. Возможно использование закрытого грунта. На территории современной России главенствующими являются агроэкосистемы умеренного типа со всеми вытекающими требованиями по организации их рационального функционирования. Резюмируя все вышеизложенное, можно заключить, что продукционный процесс агроэкосистемы обеспечивается интенсивностью и направленностью процессов обмена веществ и переноса энергии между возделываемой культурой и окружающей 38 природной средой, находящимися под управлением человека. Качеством управления, степенью его природосообразной достаточности обусловливается, в конечном счете, экосистемный уровень биологической организации агроэкосистем. Контрольные вопросы и задания 1. Охарактеризуйте понятия «агроэкосистема», «агроценоз», «аграрный ландшафт», «агросфера». 2. Обоснуйте особенности функционирования агроценоза. 3. В чем заключается понятие «устойчивость» агроэкосистемы. 4. Особенности устойчивости аграрного ландшафта. 5. Назовите основные принципы устойчивого функционирования агроэкосистемы. 6. Какова основная функция агроэкосистемы? 7. Охарактеризуйте ресурсы агроэкосистемы? 8. Назовите основные механизмы сохранения ресурсов агроэкосистемы? 9. Объясните особенности трофической структуры агроэкосистемы. 10.Охарактеризуйте продукцию агроэкосистемы (первичную и вторичную) и мероприятия, направленные на повышение этой продукции. 11.Назовите принципиальные отличия функционирования природных систем и агроэкосистем. 12.Как классифицируются агроэкосистемы землепользования? 39 по видам 13.Как классифицируются агроэкосистемы по количеству поступающей и используемой энергии? 14.Как классифицируются агроэкосистемы по воспроизводству почвенного плодородия? 15.Как классифицируются агроэкосистемы по антропогенному энергетическому вложению? 16.Как классифицируются агроэкосистемы по энергетическому балансу различных природных зон планеты? 40 Модуль 1.3. Агроэкосистемы в условиях техногенеза как основа агроэкосистем Вы будете изучать Понятия «загрязнение окружающей среды», «загрязнитель», «техногенез». Классификацию загрязняющих факторов. Возможные формы перехода загрязняющих веществ между природными средами. Последствия загрязнения окружающей среды. Цели модуля Изучить основные виды загрязнения окружающей среды. Выявить последствия загрязнения окружающей среды. После изучения модуля вы сможете Знать определения «загрязнение окружающей среды», «загрязнитель», «техногенез». Оценить последствия загрязнения окружающей среды. Основная литература 1. Агроэкология / Под ред. В.А. Черникова, А.И. Чекереса. – М.: Колос, 2000. - 536 с. 2. Охрана окружающей среды и рациональное использование природных ресурсов: учеб. пособие / Ю.М. Мохонько, А.Л. Пономарева и др.; ФГОУ ВПО «Саратовский ГАУ». – Саратов, 2007. – 182 с. 41 3. Сельскохозяйственная экология / Под ред. А.В. Голубев, Н.А. Мосиенко. – Саратов: Издательство Саратовской государственной сельскохозяйственной академии, 1997. – 418 с. Дополнительная литература 1. Израэль, Ю.А. Экология и контроль состояния природной среды / Ю.А. Израэль. – Л.: Гидрометиздат, 1984. 560 с. 2. Николайкин, Н.И. Экология / Н.И. Николайкин, Н.Е. Николайкина, О.П. Мелехова. – М.: Дрофа, 2004. – 624 с. 3. Экология: учеб. пособие / Под ред. В.В. Денисова. – М.: ИКЦ «МпрТ», Ростов-на-Дону, 2004. – 672 с. Ключевые слова Загрязнение окружающей среды, Загрязнитель, Техногенез, Ингредиентное загрязнение, Параметрическое загрязнение, Биоценотическое загрязнение, Стациально-деструкционное загрязнение, Техногенный фактор, Последствия загрязнения. 1.3.1. КЛАССИФИКАЦИЯ И ФОРМЫ ЗАГРЯЗНЕНИЯ ОКРУЖАЮЩЕЙ СРЕДЫ ? Что такое «техногенез», «загрязнение окружающей среды», «загрязнитель»? Техногенез – это процесс изменения природных комплексов под воздействием производственной деятельности человека. 42 В результате деятельности человека возникает техногенная миграция значительных объемов разнообразных веществ, большинство из которых загрязняют окружающую среду. Загрязнение окружающей среды – это привнесение в природную среду или возникновение в ней новых, обычно нехарактерных, физических, химических, информационных или биологических агентов, или превышение в рассматриваемое время естественного среднемноголетнего уровня воздействия перечисленных агентов на среду, приводящее к негативным последствиям. Загрязнитель – любой физический агент, химическое вещество или биологический вид, поступающий в окружающую среду или возникающий в ней в количестве, выходящем за рамки своей обычной концентрации, и вызывающий загрязнение среды. ? Какие виды производств и объектов отнесены к экологически опасным? К экологически опасным видам производств и объектов отнесены следующие: - атомная промышленность (установки, предназначенные для производства обогащенного ядерного топлива, регенерации отработанного ядерного топлива или сбора, удаления и переработки радиоактивных отходов); - энергетика (атомная, гидравлические и тепловые электростанции, крупные установки для сжигания топлива); - черная и цветная металлургия (установки для доменного и мартеновского производств, предприятия черной и цветной металлургии, машиностроительные и машинообрабатывающие предприятия); - нефтехимия, нефте- и газопереработка; - химическая промышленность (химические комбинаты, производство асбеста, стекла, минеральных удобрений, пестицидов и др.); 43 - добыча полезных ископаемых (включая нефть, газ); - транспортировка нефти и газа, продуктов их переработки; - производство целлюлозы, бумаги, картона; - транспортировка, хранение, утилизация и захоронение токсичных и ядовитых отходов; - транспортировка, хранение, транспортировка и уничтожение боеприпасов, взрывчатых веществ и ракетного топлива; - крупные склады для хранения нефтяных, нефтехимических, химических продуктов и пестицидов; - строительство дорог, автострад, трасс для железных дорог дальнего сообщения, аэропортов с длиной посадочной полосы более 2 км; - сельскохозяйственные объекты; - крупные водозаборы поверхностных и подземных вод; - крупные плотины и водохранилища, вырубка лесов на больших площадях; - легкая промышленность (фабрики по очистке, отбеливанию шерсти, кожевенные заводы, красильные фабрики). ? Как классифицируется загрязнение окружающей среды? Разнообразные виды вмешательства человека в естественные процессы в биосфере можно сгруппировать по следующим категориям загрязнений: 1. Ингредиентное загрязнение, или внесение химических веществ, которые количественно биогеоценозам: химических или качественно чужды продукты сгорания ископаемого производств, шахтные отвалы и естественным топлива, отходы терриконы, отходы металлургии, пестициды и удобрения, аварийные сбросы в акваториях, нефтедобыча и нефтепереработка, 44 бытовые стоки и мусор, микробиологические препараты, отходы пищевой промышленности, отходы животноводческих ферм. 2. Параметрическое (физическое) загрязнение, связанное с изменением качественных параметров окружающей среды (тепловое, шумовое, световое, радиоактивное, электромагнитное, информационное). 3. Биоценотическое загрязнение, которое заключается в воздействии на состав и структуру популяций живых организмов, населяющих биоценоз: комплексный фактор беспокойства, нарушение баланса популяции, акклиматизация случайная видов, и направленная нерегулируемый сбор, интродукция, отлов, и отстрел, браконьерство, перепромысел. 4. Стациально-деструкционное загрязнение (стация – место обитания популяции), изменение ландшафтов и экологических систем в процессе природопользования, связанном с оптимизацией природы в интересах человека: вырубка лесных насаждений, зарегулирование водотоков, карьерная разработка ископаемых, дорожное строительство, эрозия почв, осушение земель, урбанизация, лесные и степные пожары и др. По происхождению загрязнения окружающей среды подразделяются на следующие виды: 1. природные, вызванные какими-либо естественными явлениями, обычно катастрофическими (наводнения, извержения вулканов, селевые потоки, лесные пожары и др.); 2. антропогенные, возникающие в результате хозяйственной деятельности человека: а) биологическое, включающее микробиологическое (вирусы, бактерии) и макробиологическое (животными и растениями, случайно или ошибочно интродуцированными в новые экосистемы); 45 б) механическое – засорение среды агентами, оказывающими механическое воздействие без физико-химических последствий; в) химическое (ингредиентное) – изменение естественных свойств среды, в результате которого повышается или понижается колебание количества каких-либо веществ за рассматриваемый период времени, или проникновение в среду веществ, нормально отсутствующих в ней или находящихся в концентрациях, превышающих ПДК; г) радиоактивное, связанное с повышением естественного уровня содержания в среде радиоактивных веществ; д) физическое (параметрическое) – изменение естественного физического состояния среды: - шумовое, образующееся в результате увеличения интенсивности и повторяемости шума сверх природного уровня; - тепловое, возникающее в результате повышения температуры среды главным образом в связи с промышленными выбросами нагретого воздуха, воды; - световое – нарушение естественной освещенности местности в результате воздействия искусственных источников света, приводящее к аномалиям в жизни растений и животных; - электромагнитное, появляющееся в результате изменения электромагнитных свойств среды, приводящее к глобальным и местным геофизическим аномалиям и изменениям в тонких биологических структурах. По масштабам воздействия различают загрязнение: 1. локальное – характерно для городов, крупных промышленных и транспортных предприятий, районов добычи полезных ископаемых, животноводческих комплексов; 2. региональное – охватывает значительные территории и акватории как результат влияния крупных промышленных районов; 46 3. глобальное – распространяется на большие расстояния от места возникновения и оказывает неблагоприятное воздействие на крупные регионы, вплоть до общепланетарного влияния. Непосредственными объектами загрязнения (акцепторами загрязняющих веществ) служат основные компоненты экотона: атмосфера, гидросфера, почва. Косвенными объектами загрязнения являются составляющие биоценоза – растения, животные, микроорганизмы. ? Как классифицируются техногенные факторы загрязнения? Основные источники и компоненты техногенных загрязнителей биосферы можно объединить в следующие группы: 1) органические вещества (стоки предприятий пищевой, целлюлозно – бумажной, химической, коксохимической промышленности), резко снижающие содержание кислорода в воде; 2) твердые взвеси, особенно вблизи горнорудных предприятий, а также продукты эрозии почв; 3) химические вещества, используемые в качестве пестицидов; 4) вещества, вызывающие эвтрофикацию водоемов; 5) радиоактивные отходы; 6) горячие стоки электростанций и предприятий (тепловое загрязнение); 7) неорганические соли; 8) нефть и нефтепродукты; 9) детергенты и др. К настоящему времени в окружающей среде обнаружено более 55 тыс. различных химических соединений, продуктов хозяйственной деятельности человека, многие из которых представляют опасность для растений, животных и человека. Например, сжигание каждой тонны каменного угля сопровождается выделением 20 кг диоксида серы. 47 Автомобиль выбрасывает в год в среднем 297 кг оксида углерода, 39 кг различных углеводородов, 10 кг окисла азота, 0,5 кг свинца. Для повышения плодородия в почву в форме минеральных удобрений ежегодно вносится около 60 млн. т азота, фосфора и калия; для защиты урожая применяется свыше 900 химических соединений. Большинство этих соединений токсичны, способны накапливаться в организме и вызывать различные заболевания. Зная различные формы перехода загрязняющих веществ (табл. 7), можно оценить вероятностное распространение техногенных воздействий в окружающей среде. При этом важно учитывать основные виды загрязнений и их источники. Таблица 7 Возможные формы перехода (миграции) загрязняющих веществ между природными средами (Ю.А. Израиль, 1984 г.) Природная среда Возможная форма перехода загрязняющих веществ Атмосфера-атмосфера Перенос в атмосфере, характерный для большинства загрязняющих веществ Атмосфера-гидросфера Осаждение (вымывание) атмосферных загрязнений на водную поверхность Атмосфера-поверхность суши Осаждение (вымывание) атмосферных загрязнений на земную поверхность (суши) Атмосфера-биота Осаждение загрязнений на поверхность насаждений с последующей ассимиляцией (внекорневое поступление загрязнений в биоту) Гидросфера-атмосфера Испарение из воды в атмосферу (например, нефтепродуктов, соединений ртути) Гидросфера-гидросфера Перенос (распространение) загрязнений в водных системах Гидросфера-поверхность суши (дно Переход из воды в почву (фильтрация, рек, озер) «самоочищение», осаждение на дно водоемов) Гидросфера-биота Переход из поверхностных вод в биоту (наземные и водные экосистемы, поступление в организм животных и человека с питьевой водой) Поверхность суши-атмосфера Переход с поверхности суши, почвы в атмосферу (выветривание, испарение, перенос пыли) Поверхность суши-гидросферы Смыв загрязнений с суши во время снеготаяния, с осадками, временными водотоками Поверхность суши-поверхность Миграция в почве, ледниках, снежном покрове суши (проникновение загрязнений на разные глубины) Поверхность суши-биота Поступление загрязнений в растительность через корни 48 Биота-атмосфера Испарение их биоты Биота-почва Попадание загрязнений из биоты в почву, главным образом после гибели организма Попадание загрязнений из биоты в почву после гибели организма Миграция по пищевым цепям Биота-гидросфера Биота-биота 1.3.2. ПОСЛЕДСТВИЯ ЗАГРЯЗНЕНИЯ ОКРУЖАЮЩЕЙ СРЕДЫ ? Каковы последствия загрязнения окружающей среды? Последствия загрязнения окружающей среды сводятся к следующему: 1. нарушение систем жизнеобеспечения на локальном, региональном и глобальном уровнях: снижение естественной скорости круговорота веществ жизнедеятельности и поступления живых организмов; энергии, необходимых необратимое для разрушение отдельных экосистем; 2. ухудшение физического и морального состояния человека: распространение инфекционных заболеваний, изменения на генетическом уровне, изменения репродуктивной функции, онкологические заболевания; 3. потери плодородных земель: загрязнение пахотных почв техногенными выбросами и сбросами; засоление, заболачивание, подкисление почвенного раствора, снижение содержания гумуса; 4. образование нежелательных потерь вещества, энергии, труда и средств при добыче и заготовке человеком сырья: скопление безвозвратных отходов и рассевание их в окружающей среде; низкий выход полезных веществ; нерегулируемые выбросы и сбросы при переработке сырья; 5. нанесение ущерба растительному и животному миру: вымирание видов растений и животных, снижение продуктивности лесов и возделываемых культур; 49 6. нанесение ущерба имуществу: химическое и физическое разрушение материалов, в том числе коррозия металлов, разрушение зданий и памятников, загрязнение одежды и жилых помещений; 7. эстетически неприемлемое воздействие: неприятные запахи, уменьшение видимости в атмосфере, изменение внешнего облика памятников и зданий. Загрязняющие вещества, выброшенные в воздушный бассейн в виде газов и аэрозолей, могут: - оседать под действием силы тяжести (крупнодисперсные аэрозоли); - физически захватываться оседающими частицами (осадками) и поступать в литосферу и гидросферу; - включаться в биосферный круговорот соответствующих веществ (углекислый газ, пары воды, оксиды серы и азота и др.); - уменьшать свое агрегатное состояние (конденсироваться, испаряться, кристаллизоваться и т.п.) или химически взаимодействовать с другими компонентами воздуха; - находиться в атмосфере относительно длительное время, переносясь циркуляционными потоками в различные слои тропо- и стратосферы и в различные географические области планеты до тех пор, пока не создадутся условия для их химической или физической трансформации. ? Каково влияние загрязнения атмосферы на природу и сельскохозяйственное производство? Основными источниками очаговых загрязнений атмосферы являются выбросы промышленных предприятий. Все распространенные выбросы можно разделить на группы: а) соединения серы (сернистый ангидрид, сероводород, органические соединения серы); б) соединения азота (аммиак, окислы азота); 50 в) соединения углерода (окись и двуокись углерода, цианистые соединения); г) галоиды и их производные (хлор, фтор, бром и их соединения); д) аэрозоли – дымы, пары, туманы (пары серной, азотной, соляной кислот, ртути, органических соединений, радиоактивная пыль и др.). Наиболее массовые выбросы состоят из окислов серы, окислов азота и соединений углерода. Загрязняющие вещества, выброшенные в воздушный бассейн в виде газов и аэрозолей, могут: - оседать под действием силы тяжести (крупнодисперсные аэрозоли); - физически захватываться оседающими частицами (осадками) и поступать в литосферу и гидросферу; - включаться в биосферный круговорот соответствующих веществ (углекислый газ, пары воды, оксиды серы и азота и др.); - уменьшать свое агрегатное состояние (конденсироваться, испаряться, кристаллизоваться и т.п.) или химически взаимодействовать с другими компонентами воздуха; - находиться в атмосфере относительно длительное время, переносясь циркуляционными потоками в различные слои тропо- и стратосферы и в различные географические области планеты до тех пор, пока не создадутся условия для их химической или физической трансформации. Негативное воздействие двуокиси азота на живые организмы заметно при концентрации даже 0,008 мг/л. Окислы азота губят растительность. Установлено, что в лесу вяз живет до 300, липа 150 лет, а на улицах городов соответственно 45 и 30 лет. Фтористые и мышьяковистые соединения, содержащиеся в промышленных выбросах, вызывают высокую смертность пчел и снижают сбор меда. Для растений вредны такие загрязнители воздуха, как соединения серы, фтора, окислы углерода, хлор и углеводороды. Установлено, что к сернистому ангидриду из зерновых культур наиболее чувствительны 51 ячмень и овес, из овощных – шпинат, капуста, салат, редис. Загрязнение атмосферного воздуха заметно снижает урожайность многих культур: картофеля, сахарной свеклы, томатов, бобов, апельсинов, винограда, табака, арахиса, сои, люцерны, подсолнечника. Отмечены случаи гибели растений близ цементных заводов. Забиваясь в устьица и проникая внутрь листьев, цементная пыль затрудняет их функции, разрушает хлорофилл и как бы «сжигает» ткани растений. Загрязнение воздуха сопровождается образованием устойчивых аномалий загрязнителей в почвах, водах и растениях агроэкосистем. Вокруг коксогазовых заводов и ТЭЦ, формируются геохимические аномалии радиусами от 8 до 15 км. Такие аномалии имеются и вдоль автомобильных дорог с интенсивным движением. В последние десятилетия остро стоит проблема «кислотных дождей». Попадающие в почву кислые осадки вызывают выщелачивание кальция, калия и магния, что отрицательно сказывается на развитии растений. Кислотные дожди ослабляют растения, что вызывает повышение заболевания их корневыми гнилями. Известны многочисленные данные о вредном влиянии промышленных загрязнений на урожай и качество растительной массы: отмечается повышенное содержание в растениях золы, фенолов, сульфатов, хлоридов, минерального азота, фтора, тяжелых металлов и др. У сельскохозяйственных культур, выращенных в условиях сильно загрязненной атмосферы, изменяется белковость, масличность, в зерне злаков снижается содержание и качество клейковины. Ухудшение качества продукции растениеводства причиняет значительный экономический ущерб хозяйствам. Контрольные вопросы и задания 52 1. Дайте определение загрязнения окружающей среды. Перечислите виды загрязнений. 2. Назовите наиболее опасные виды производств окружающей среды. Приведите примеры. 3. Назовите возможные формы перехода загрязняющих веществ между природными средами. 4. Каковы последствия загрязнения окружающей среды? 5. Каково влияние загрязнения атмосферы на природу и сельскохозяйственное производство? Часть II. ЭКОЛОГИЧЕСКИЕ АСПЕКТЫ ИНТЕНСИФИКАЦИИ СЕЛЬСКОХОЗЯЙСТВЕННОГО ПРОИЗВОДСТВА Модуль 2.1. Экологические проблемы химизации Вы будете изучать Экологические последствия применения минеральных и органических удобрений в сельском хозяйстве. Мероприятия по снижению негативного воздействия на почву и в целом на окружающую среду удобрений и мелиорантов. Экологические последствия применения пестицидов. Экологические способы защиты растений. Цели модуля Дать представление об основных направлениях химизации сельского хозяйства на современном этапе. 53 Изучить основные аспекты применения удобрений, мелиорантов и средств защиты растений. Выявить основные специфические особенности воздействия средств химизации сельского хозяйства на окружающую среду. Познакомить с современными, более экологически безопасными методами защиты сельскохозяйственных культур от вредных организмов. После изучения модуля вы сможете Установить последствия применения различных видов удобрений, мелиорантов, пестицидов. Разработать комплекс мероприятий по более эффективному, рациональному и экологически безопасному применению удобрений и средств защиты растений. Основная литература 1. Агроэкология / Под ред. В.А. Черникова, А.И. Чекереса. – М.: Колос, 2000. - 536 с. 2. Сельскохозяйственная экология / Под ред. А.В. Голубев, Н.А. Мосиенко. – Саратов: Издательство Саратовской государственной сельскохозяйственной академии, 1997. – 418 с. Дополнительная литература 1. Лозановская, И.Н. Экология и охрана биосферы при химическом загрязнении / И.Н. Лозановская, Д.С. Орлов, Л.А. Садовникова. – М.: Высшая школа, 1998. 287 с. 2. Минеев, В.Г. Агрохимия / В.Г. Минеев. – М.: Издательство МГУ, Наука, 2006. – 689 с. 3. Оценка почв / В.И. Савич, Х.А. Амергужин, И.И. Карманов и др. Астана, 2003. – 544 с. 54 4. Экология: учеб. пособие / Под ред. В.В. Денисова. – М.: ИКЦ «МпрТ», Ростов-на-Дону, 2004. – 672 с. Ключевые слова Химизация сельского хозяйства, Минеральные удобрения, Органические удобрения, Пестициды, Земледелие, Азотные удобрения, Фосфорные удобрения, Калийные удобрения, Интегрированная система защиты растений. ? Что такое химизация сельского хозяйства? Химизация сельского хозяйства – комплекс мероприятий, опирающийся на результаты агрохимической науки и химической промышленности, заключающийся в широком и планомерном использовании химических средств и методов: - для увеличения урожая возделываемых растений; - для улучшения свойств почвы и качества сельскохозяйственной продукции; - для повышения продуктивности животноводства; - для защиты полезных организмов от вредителей, болезней и сорняков с помощью пестицидов. Химизация сельского хозяйства – активное вмешательство человека в круговорот веществ в природе для его регулирования и стимулирования наибольшей отдачи почвы, растительного и животного мира. 55 2.1.1. ЭКОЛОГИЧЕСКИЕ ПОСЛЕДСТВИЯ ПРИМЕНЕНИЯ УДОБРЕНИЙ В СЕЛЬСКОМ ХОЗЯЙСТВЕ ? Каковы отрицательные последствия применения различных видов удобрений? С усилением антропогенного воздействия на почву все более усложняются взаимосвязи в системе почва – растение, актуальным становится вопрос взаимодействия почвы в экологической системе. Неблагоприятное влияние удобрений на окружающую среду может быть самое различное: загрязнение почв, поверхностных и грунтовых вод; эвтрофирования водоемов; нарушение круговорота и баланса питательных веществ; ухудшение агрохимических свойств и плодородия почвы; снижение продуктивности сельскохозяйственных культур и качества получаемой продукции и др. В ряде случаев возникает скрытое отрицательное действие удобрений, когда при улучшении одного показателя, одновременно ухудшаются другие показатели почвенного плодородия, что приводит к уменьшению урожая сельскохозяйственных культур. Причем, подобные явления возникают не только при высоких дозах химикатов, но и при небольших дозах вблизи гранул удобрений и мелиорантов. Минеев В.Г. (2006) выделяет следующие негативные последствия воздействия химизации земледелия на окружающую среду: 1. неправильное применение минеральных удобрений может ухудшить круговорот и баланс питательных веществ, агрохимические свойства и плодородие почв; 2. нарушение технологии применения удобрений, несовершенство качества и свойств минеральных удобрений могут снизить урожай сельскохозяйственных культур и качество растениеводческой продукции; 56 3. нарушение оптимизации питания растений макро- и микроудобрениями способствует развитию грибных и прочих болезней, ухудшает фитосанитарное состояние посевов; 4. поступление питательных элементов из удобрений и почвы в грунтовые воды и в водоемы с поверхностным стоком может привести к усиленному развитию водорослей и образованию планктона (эвтрофикация природных вод); 5. потери некоторых соединений азота в атмосферу отрицательно сказываются на жизнедеятельности. В настоящее время применение минеральных удобрений достигает от 60 до 200 кг действующего вещества отдельных компонентов (N, P, K) на гектар. Это соответствует внесению на поля до 10 – 30 ц туков (дозы мелиорантов достигают 2 – 12 т/га CaCO3 и CaSO4; дозы органических удобрений – 12 – 30 т/га; дозы микроудобрений – 3 – 5 т/га). Помимо основного действующего вещества, во вносимых в почву удобрениях и мелиорантах, содержится значительное количество примесей, в том числе токсичных для биоты и растений (фтор, кадмий, мышьяк, цинк, стронций). Длительное применение средств химизации приводит к постепенному накоплению этих токсикантов в почве. Ежегодное внесение в почву удобрений и мелиорантов, содержащих кадмий (в известняке содержится до 15 мг/кг, в калийных отложениях – от 1 до 170 мг/кг, в сухой массе навоза – 0,4 мг/кг, в осадках городских сточных вод – до 50 мг/кг, в сапропеле – до 180 мг/кг), приводит к его накоплению в почве и в растениях. При этом до 80 % кадмия, внесенного в почву, может удерживаться в пахотном слое. Основными причинами появления скрытого отрицательного действия удобрений в почвах являются: 1. несбалансированное применение различных удобрений; 57 2. превышение применяемых доз, по сравнению с буферной емкостью отдельных компонентов экосистемы; 3. направленный подбор форм удобрений для отдельных типов почв, растений и условий среды; 4. неправильные сроки внесения удобрений для конкретных почв и условий среды; 5. внесение вместе с удобрениями и мелиорантами различных токсикантов и их постепенное накопление в почве выше допустимого уровня. Основными причинами загрязнения окружающей среды удобрениями считают несовершенство организационных форм, а также технологий транспортировки, хранения, тукосмешения и применения удобрений, нарушение технологии их внесения в севообороте и под отдельные культуры, несовершенство самих удобрений, их химических, физических и механических свойств. Научно обоснованная система применения удобрений в севообороте и под отдельную культуру предусматривает оптимальное сочетание макрои микроэлементов с учетом содержания их в конкретной почве и требований культуры. Каждый питательный элемент по-своему действует на урожай, качество продукции, природную среду, т.е. имеет индивидуальные экологические аспекты. В этой сложной многосторонней взаимосвязи первостепенное значение имеет азот. Азот определяет уровень продуктивности не только земледелия, но и животноводства, решает важные проблемы в сельском хозяйстве. При нарушении научно обоснованной системы применения азотных удобрений они негативно влияют на почву, атмосферу, гидросферу, растения, а следовательно, на здоровье человека и животных. Азот в почве вследствие микробиологических процессов в итоге накапливается в виде нитратов. Эта форма подвижна, легко смывается с поверхности почвы, мигрирует по профилю почвы до грунтовых вод, 58 загрязняет их и водоемы. Высокое содержание нитратов в почве приводит к повышенному содержанию их в растениях (продуктах питания), снижает качество растениеводческой продукции (уменьшается содержание витамина С, сахаров и др.). Для предотвращения миграции азотные удобрения следует вносить весной перед посевом и в виде подкормок в процессе вегетации растений. Выбор оптимальных сроков применения удобрений имеет особое значение на легких почвах, при повышенном количестве выпадающих осадков и в условиях орошения. Наибольшее загрязнение окружающей среды наблюдается при внесении азота в нитратной форме, которая не фиксируется почвой и интенсивно вымывается из пахотного слоя и почвенного профиля. Фосфор и калий попадают в окружающую среду в меньших объемах вследствие их низкой подвижности в почве и поэтому не представляют собой большой экологической опасности. Фосфорные удобрения в результате физико – химического поглощения связываются в почве, но остаются доступными для растений. При этом они практически не мигрируют в почве и сохраняются в почвенном профиле. Однако при наличии эрозионных процессов фосфор также является серьезным загрязнителем водоемов, вызывая в них нарушение равновесия в развитии флоры и фауны. Потери калия несколько больше, чем фосфора, но и этот элемент не очень опасен. Калийные удобрения вносятся один раз за вегетационный период. Однако длительное применение больших доз фосфорных и калийных удобрений может привести к накоплению в почве и продуктах растениеводства тяжелых металлов (кадмий, ртуть, свинец, таллий, хром, стронций, медь и др.). Например, в 1 кг двойного суперфосфата может содержаться до 15 г никеля, 6,8 мг хрома, 31,8 мг свинца, 17,3 мг цинка, 0,48 мг кадмия. При внесении 60 кг/га фосфора в виде суперфосфата в 59 почву попадает 6 – 8 кг/га фтора, при применении 60 кг/га хлористого калия 10 кг/га хлора поглощают растения, а остальное количество вымывается. Некоторые микроудобрения содержат кадмий, свинец, никель. Значительный ущерб окружающей среде наносит неправильное применение бесподстилочного навоза (миграция нитратов в грунтовые воды). Чтобы предотвратить загрязнение водных источников в результате поверхностного стока, необходимо обеспечивать быструю заделку навоза. При внесении навоза осенью необходимо проводить противоэрозионную обработку почвы (глубокая вспашка, контурная вспашка, кротование, рыхление подпахотного слоя и др.). Поле после уборки основных культур нецелесообразно оставлять свободным от посева. Посев пожнивных культур ограничивает поверхностный сток и инфильтрацию и таким образом предотвращает опасность загрязнения грунтовых и поверхностных вод. Весьма эффективным средством борьбы с потерями избыточного количества внесенного азота бесподстилочного навоза является применение его в сочетании с измельченной соломой, оставшейся в поле после уборки урожая зерна. Таким образом, в условиях интенсивного использования удобрений основными способами уменьшения загрязнения окружающей среды являются: - строгое соблюдение технологии использования удобрений с учетом доз, форм, сроков, способов внесения и хранения удобрений; - сбалансированность элементов питания; - совершенствование и использование новых форм удобрений; - дробное внесение высоких доз удобрений; - строгое соблюдение соотношения пропашных культур и культур сплошного сева в севообороте; - использование однолетних, многолетних трав, поукосных и пожнивных культур; 60 - возделывание сортов сельскохозяйственных культур с низкой способностью к накоплению нитратов; - более широкое использование бобовых культур для пополнения почвы азотом; - оптимизация размеров крупных животноводческих комплексов и соблюдение нормативов по утилизации бесподстилочного навоза; - корректировка доз бесподстилочного навоза с учетом типа и влажности почв. 2.1.2. ЭКОЛОГИЧЕСКИЕ ПОСЛЕДСТВИЯ ПРИМЕНЕНИЯ ПЕСТИЦИДОВ В СЕЛЬСКОМ ХОЗЯЙСТВЕ ? К Каковы экологические последствия применения пестицидов? числу опасных веществ антропогенного происхождения, поступающих в окружающую среду, наряду с промышленными отходами, относятся также химические вещества, используемые для борьбы с вредными организмами, - пестициды. Количество этих биологически активных и зачастую высокотоксичных для человека и животных веществ, ежегодно в мировой практике достигает более 2 млн. т. По данным ЮНЕСКО, пестициды в общем масштабе загрязнителей биосферы Земли занимают 8-9 место после таких веществ, как нефтепродукты, поверхностно-активные вещества, фосфаты, минеральные удобрения, тяжелые металлы, окислы азота, серы и углерода и другие соединения. 61 Поступление пестицидов в агроландшафт происходит главным образом при проведении химических обработок против вредных организмов, в результате испарения с поверхности почвы или растений, при утечке во время хранения и транспортировки и др. При возрастающих объемах применения пестицидов их остатки или продукты метаболизма могут накапливаться в объектах окружающей среды, мигрировать по пищевым цепям и вызывать нежелательные последствия. К особенностям использования пестицидов в сельском хозяйстве относятся: циркуляция в биосфере, высокая биологическая активность, необходимость концентраций, вынужденный применения контакт значительных населения с локальных пестицидами. Накапливаясь в почвах, растениях, животных, пестициды могут вызвать глубокие и необратимые нарушения нормальных циклов биологического круговорота веществ и снижение продуктивности почвенных экосистем. Рациональное применение пестицидов основано на различных тактических подходах, обусловленных особенностями биологии вредителей, возбудителей болезней, сорняков и характером проявления их вредоносности. Тактика применения инсектицидов подразделяется на непосредственную защиту посевов от повреждений и предотвращение размножения вредителей до опасного уровня в последующих поколениях. Борьба с паразитарными болезнями растений осуществляется посредством обеззараживания посевного материала, профилактики заражения растений и распространения заболеваний в период вегетации. Борьба с сорной растительностью включает заблаговременное внесение гербицидов осенью или рано весной на сильно засоренных полях, предвсходовую обработку полей после посева и послевсходовую обработку гербицидами избирательного действия против вегетирующих сорняков. 62 Химические препараты, в силу своей токсичности, опасны для человека и окружающей среды (табл. 8). Таблица 8 Бальная система экотоксикологической оценки пестицидов (по М.С. Соколову, М.А. Глазовской) (И.Н. Лозановская и др., 1998 г.) Показатель вторичного использования пестицидов Баллы* Персистентность в почве, мес.: менее 1 2 1–6 4 6 – 24 6 более 24 8 Влияние на процессы ферментации и биологическую активность почвы: не оказывает влияния 0 влияет на отдельные процессы и популяции 1 влияет на многие процессы и популяции 2 Выщелачивание по профилю почвы, см: не мигрируют 0 мигрируют до 15 1 мигрируют до 50 2 мигрируют глубже 50 3 Перемещение из почвы в культивируемые растения и фитотоксичное воздействие: не абсорбируются растениями 0 абсорбируются, но не имеют вторичного воздействия 1 абсорбируются и снижают качество урожая 2 абсорбируются, снижают качество и количество урожая и оказывают фитотоксичное воздействие на культуры 3 Реакция на фотолиз: разлагаются фотохимически 0 устойчивы к фотохимическому разложению 1 Оценка по предельно допустимым концентрациям, мг/кг а) в сельскохозяйственной продукции: более 1 0 1 – 0,1 1 0,1 – 0,01 2 менее 0,01 3 0 4 Окончание таблицы 8 Показатель вторичного использования пестицидов Баллы* б) в воде: более 1 0 1 – 0,1 1 0,1 – 0,01 2 менее 0,01 3 0 4 Воздействие на органолептические свойства: а) сельскохозяйственной продукции: не воздействует 0 воздействует 1 63 б) питьевой воды, допустимая концентрация, мг/кг: более 0,1 0 0,1 – 0,01 1 0,01 – 0,001 2 менее 0,001 3 Летучесть: соединения не улетучиваются 0 улетучиваются, но концентрация насыщения ниже максимально допустимого предела 1 улетучиваются, но концентрация насыщения равна максимально допустимому пределу 2 улетучиваются, но концентрация насыщения равна пределу токсичности 3 Токсичность для холоднокровных животных (ЛД50), мг/кг: более 1000 1 200 – 1000 2 50 – 200 3 менее 50 4 Способность накапливаться в организме теплокровных животных, коэффициент бионакопления: более 5 0 3–5 1 1–3 2 менее 1 3 * Суммарное количество баллов по всем показателям: 21 и более – очень токсичные препараты, 21 – 14 – среднетоксичные, 13 и ниже – относительно слаботоксичные препараты. При химических обработках посевов гибнут не только вредные организмы, но и их враги – энтомофаги, микофильные, энтомопатогенные грибы и другие макро- и микроорганизмы, осуществляющие естественную регуляцию биоценозов. Нарушение сложившихся в ценозах связей нередко становится причиной массового размножения фитофагов, патогенных микроорганизмов и повторных химических обработок. Метатоксическое действие (последействие) пестицидов может оказывать стимулирующее влияние на размножение вредителей и развитие патогенов через изменения ферментативной деятельности и обмена веществ в растительных клетках в благоприятную для них сторону. Микродозы пестицидов могут стимулировать развитие и размножение дочерних поколений вредителей, а также, вызывая гибель 64 слабых особей популяции, выравнивать ее генетический потенциал с повышенной резистентностью к токсикантам. Потенциальная угроза от использования пестицидов заключается как в их острой токсичности при попадании в организм человека или животных, так и в их хроническом действии, в кумулятивном эффекте, в миграции остатков пестицидов водными и воздушными путями на значительные расстояния. Накопление пестицидов в отдельных тканях происходит незаметно. Но когда количество ядов достигает определенного уровня, они внезапно дают знать о себе нарушением функций важнейших органов, заболеваниями, понижением сопротивляемости организма. Среди заболеваний, которые могут возникать вследствие токсикации организма, отмечают злокачественные опухоли (главным образом опухоли печени), хромосомные нарушения, повышение интенсивности мутационного процесса и др. Более половины применяемых пестицидов относятся к мутагенам – веществам, изменяющим наследственную природу растений и животных, включая и человека. Кроме того, они неблагоприятно действуют на эндокринную систему и обмен веществ. В последнее десятилетие резко возросло количество аллергических заболеваний, что является одним из последствий влияния пестицидов. Отрицательные последствия, связанные с пестицидами, обусловлены главным образом разрушением биогеоценозов, в которых само существование и численность отдельных видов живых организмов тесно связаны между собой. Одно из самых ярких доказательств вредного влияния стойких пестицидов на фауну – это резкое сокращение численности хищных птиц (одного из конечных звеньев в цепях питания). Орлы, соколы, коршуны вместе с телами своих жертв потребляют максимальное количество искусственных веществ, которых прежде не было на планете. 65 Значительные потери наблюдаются из-за уничтожения пестицидами насекомых – опылителей. После подавления с помощью гербицидов сорняков «первого поколения» поля заселяют более устойчивые к ним виды, которые, прежде всего, были редкими (полевой хвощ, овсюг и др.). Пестициды всегда отрицательно влияют на обитателей почв (угнетают процесс нитрификации, способствуют развитию фитопатогенной микрофлоры, отмечается стерилизация почвы и др.), жизнедеятельность которых лежит в основе поддержания почвенного плодородия. Регулярное применение больших количеств пестицидов на огромных территориях становится причиной загрязнения водоемов. Загрязнение поверхностных вод пестицидами происходит из-за прямого поступления в результате аварий, при нарушении правил транспортировки и хранения препаратов, при сносе аэрозолей или паров пестицидов в процессе их применения, в процессе стока поверхностных и дренажных вод с угодий, обработанных пестицидами. Таким образом, пестициды являются одним из весомых факторов загрязнения окружающей среды. Их применение – вынужденная ответная мера человеческого общества на действие вредных природных организмов, конкурирующих с человеком за условия существования. Однако так ли неизбежно всегда прибегать к крайним мерам защиты, есть ли пути значительного снижения объемов применяемых в сельскохозяйственном производстве пестицидов? 2.1.3. ЭКОЛОГИЗАЦИЯ ЗАЩИТЫ РАСТЕНИЙ ? Каковы основные экологически безопасные методы борьбы с вредными организмами? 66 Опасность пестицидов вызывает необходимость научного поиска и разработки новых подходов в определении средств и методов зашиты сельскохозяйственных культур. Наиболее удачное решение вопроса заложено в интегрированной защите растений, направленной не на уничтожение вредных организмов, а на регуляцию их внутри- и межпопуляционных отношений на экономически неощутимом уровне. Интегрированная защита взаимообусловленных профилактической растений мероприятий направленности предполагает комплекс природоохранной с длительным и эффектом фитосанитарного оздоровления агроэкосистем. Фитосанитарный контроль в интегрированной защите растений – непременное условие при выборе того или иного метода борьбы с вредными организмами. В первую очередь используются приемы агротехнического, биологического, селекционного и других нехимических методов. Применение токсикантов в интегрированной защите растений ограничивается экономическим порогом вредоносности (ЭПВ), эколого – экономическим порогом вредоносности (ЭЭПВ) и другими условиями. Моделью интегрированной системы защиты растений может стать такая, в которой представлены: - методы агротехнической профилактики, включая использование и специальных агротехнических приемов по профилактике или подавлению развития вредных объектов; - устойчивые к вредным организмам сорта сельскохозяйственных растений; - приемы, сохраняющие и активизирующие деятельность полезных организмов, регулирующих динамику популяций вредителей, фитопатогенов и сорняков; - активные мероприятия (биологические, химические, по подавлению использование вредных веществ, организмов управляющих развитием и поведением вредных видов) на основе детального анализа 67 агробиоценозов и объективной оценки ожидаемого развития вредителей и уровней эколого-экономического ущерба. Агротехнический метод носит профилактический и истребительный характер. Он включает те приемы и технологии выращивания сельскохозяйственных культур, которые совмещают требования биологии культурных растений, охраны окружающей среды и отрицательного воздействия на вредные организмы. Набор, чередование и размещение сельскохозяйственных культур в пространстве определенной территории с рациональным выбором приемов и сроков обработки почвы, сроков посева и уборки урожая, использование минеральных и органических удобрений определяют фитосанитарную обстановку в агроэкосистеме и отдельных ее звеньях – агроценозах, биологическую активность почвы, эрозийные процессы, численность вредителей и степень развития патогенных микроорганизмов. Приемами агротехники оказывается прямое отрицательное воздействие на вредных насекомых, фитопатогенные микроорганизмы и сорные растения; создаются лучшие условия роста и развития культурных растений, повышается их выносливость и устойчивость к повреждениям вредителями и поражению заболеваниями; ухудшаются условия существования вредителей, улучшаются условия жизнеспособности и активной деятельности полезных насекомых – энтомофагов, антагонистических и сапрофитных микроорганизмов. Селекционный метод – стратегическое направление в защите растений, ведущее к резкому сокращению потерь урожая без привлечения дополнительных средств на защиту растений и сохранению благоприятных условий окружающей среды. 68 Селекционный метод предусматривает выведение и районирование сортов сельскохозяйственных культур, устойчивых к вредителям и болезням. Например, «панцирные» сорта подсолнечника являются гарантией предохранения урожая от подсолнечниковой огневки и сохранения ее в природе как вида энтомофауны. Хлебный пилильщик избегает заселять сорта пшеницы с выполненной соломиной. Имеются сорта пшениц (Саратовская 8, Саратовская 29, Саратовская 36 и др.), которые в отличие от большинства других «выдерживают» в 1,5-2,5 раза большую нагрузку поврежденности зерна личинками вредной черепашки, не утрачивая первоначальных технологических и хлебопекарных качеств. Биологический метод борьбы с вредителями и болезнями – один из эффективных путей сокращения объемов применения пестицидов. Он основан на использовании живых существ или продуктов их жизнедеятельности для предотвращения или снижения ущерба от вредных организмов. Биологический метод развивается в нескольких направлениях: 1. интродукция; 2. искусственное размножение полезных насекомых и выпуск их в агроценозы (метод сезонной колонизации); 3. сохранение и активация природных популяций энтомофагов; 4. создание и широкое применение в борьбе с вредными организмами микробиологических препаратов; 5. использование биологически активных веществ. Применение биологического метода обеспечивает и сохранение урожая, и охрану природы. Наиболее успешное применение метод сезонной колонизации находит в закрытом грунте. Все основные вредители и болезни овощных и 69 зеленных культур закрытого грунта могут эффективно сдерживаться биологическими средствами. Прогрессирует создание и применение микробиологических препаратов в борьбе с вредителями и болезнями в различных агроценозах. Такие препараты готовят на основе бактерий, грибов и вирусов (энтобактерин, дендробациллин, битоксибациллин и др.). Они вызывают заболевание и гибель фитофагов, но при этом безопасны для окружающей среды. Для борьбы с болезнями растений производят препараты на основе антибиотиков (трихотецин, фитобактериомицин и др.). Из биологически активных веществ все более широкое применение находят феромоны насекомых. Это вещества, выделяемые насекомыми в окружающую среду и управляющие поведением, метаморфозом (превращением одной стадии развития в другую) и другими жизненными функциями насекомых. Синтез аналогов позволяет применять феромоны в производственных масштабах. Ежегодно используются половые феромоны в секс-ловушках как в сельском, так и в лесном хозяйстве для снижения численности отдельных видов фитофагов и для прогноза массового появления вредителей в наиболее уязвимой фазе. Особое значение имеют сохранение и активизация природных популяций энтомофагов. Им принадлежит основная роль в регулировании численности фитофагов в агроэкосистеме и составляющих ее агробиоценозах. Их сохранению в природе способствует сокращение химических обработок, проведение обработок в неуязвимые фазы развития. Продлению жизни, плодовитости и активности энтомофагов способствует включение в агроэкосистемы сельскохозяйственных культур с разными сроками созревания и особенно бобовых трав и нектароносных растений. 70 Механический метод борьбы трудоемок, поэтому он используется преимущественно в наиболее интенсивных отраслях растениеводства (плодоводства) или в тех случаях, когда невозможны другие, более совершенные методы борьбы. К приемам механической борьбы относится, например, устройство преград (канавки, ограждающие свеклу от свекловичного долгоносика; ловчие пояса и клеевые кольца на стволах деревьев в садах), сбор и уничтожение плодовых долгоносиков, хрущей, паутинных гнезд боярышницы и златогузки в садах, использование бродящей патоки в качестве приманок для бабочек озимой совки и других вредителей. Физический метод применяют главным образом для борьбы с вредителями в период хранения урожая и продуктов его переработки (при охлаждении до – 10-11°С через 12 часов погибает фасолевая зерновка. Дезинсекция зерна проводится с помощью токов высокой частоты, ионизирующего излучения. Сушка зерна и зернопродуктов вызывает гибель амбарных клещей, амбарного и рисового долгоносиков и др. Светоловушки и желтые клеевые ловушки также являются разновидностями физического метода борьбы. Карантин растений предусматривает систему мероприятий, направленных на предотвращение завоза в страну новых видов вредителей, болезней и сорняков, а также на выявление, ограничение и ликвидацию очагов размножения уже проникших на нашу территорию новых видов или тех видов, которые в нашей стране имеют локальный характер распространения. Контрольные вопросы и задания 71 1. Что такое химизация сельского хозяйства, ее основные направления? 2. Охарактеризуйте последствия применения удобрений в сельском хозяйстве. 3. Какие тяжелые металлы могут содержаться в минеральных удобрениях? 4. Назовите основные мероприятия, уменьшающие отрицательное влияние удобрений на окружающую среду. 5. Назовите отрицательные моменты применения пестицидов в сельском хозяйстве. 6. Что такое интегрированная защита растений? 7. Назовите экологически безопасные приемы борьбы с вредными организмами. 72 Модуль 2.2. Экологические проблемы механизации Вы будете изучать Последствия применения техники в сельском хозяйстве. Проблемы уплотнения почв при работе машинно – тракторных агрегатов. Мероприятия по борьбе с уплотнением почв в агроэкосистемах. Мероприятия по снижению негативного воздействия на почву и в целом на окружающую среду сельскохозяйственной техники. Цели модуля Изучить основные аспекты применения сельскохозяйственной техники. Выявить основные специфические особенности воздействия сельскохозяйственной техники на окружающую среду. Дать представление об уплотнении почвы при работе машинно – тракторных агрегатов. После изучения модуля вы сможете Установить последствия применения различных видов сельскохозяйственной техники. Правильно разработать систему обработки почвы, ухода за посевами с целью минимального воздействия на окружающую среду сельскохозяйственной техники. 73 Основная литература 1. Агроэкология / Под ред. В.А. Черникова, А.И. Чекереса. – М.: Колос, 2000. - 536 с. 2. Сельскохозяйственная экология / Под ред. А.В. Голубев, Н.А. Мосиенко. – Саратов: Издательство Саратовской государственной сельскохозяйственной академии, 1997. – 418 с. Дополнительная литература 1. Мурусидзе, Д.Н. Механизация сельского хозяйства / Д.Н. Мурусидзе, А.Б. Левин. - М.: Агропромиздат, 1992. - 222 с. 2. Экология: учеб. пособие / Под ред. В.В. Денисова. – М.: ИКЦ «МпрТ», Ростов-на-Дону, 2004. – 672 с. Ключевые слова Механизация, Сельскохозяйственная техника, Техника, Почва, Машинно – тракторный агрегат, Уплотнение почв, Твердость почвы, Структура почвы, Урожайность культур, Мелиорация, Загрязнение окружающей среды. 74 2.2.1. ПОСЛЕДСТВИЯ ПРИМЕНЕНИЯ ТЕХНИКИ В СЕЛЬСКОМ ХОЗЯЙСТВЕ ? Каковы отрицательные последствия применения сельскохозяйственной техники? Широкое применение машин – обязательное условие высокорентабельного сельского хозяйства. Они позволяют облегчить труд, повысить производительность и качество работ, выполнить большой объем технологических операций в лучшие агротехнические сроки, что способствует повышению урожайности сельскохозяйственных культур, снижению затрат труда и средств на единицу получаемой продукции. Использование машин в сельском хозяйстве имеет ту особенность, что они вступают в непосредственный контакт с живой природой. Материалом или средой работы машин служат семена, растения, почва, населенная разнообразными живыми организмами и др. Поэтому по мере повышения роли техники во взаимодействии человека с природой все большую актуальность приобретают вопросы экологичности применения технических средств и всего производства. Неправильный выбор состава машинно – тракторных агрегатов, сроков и режимов их работы, нарушение технологических регулировок может привести к отрицательным явлениям. А.Б. Левин и Д.Н. Мурусидзе (1992) разработали примерный перечень производственный процессов, связанных с применением средств механизации и возможных в связи с этим отрицательных последствий. I. Использование мобильных энергетических средств (автомобили, тракторы, самоходные сельскохозяйственные машины): 1 – химическое, механическое и акустическое загрязнение атмосферы; 2 – загрязнение окружающей среды жидкими нефтепродуктами; 3 – уплотняющее и разрушающее действие на почву в результате давления, динамического воздействия и вибрации. 75 II. Обработка почвы: 1 – развитие водной, ветровой и технической эрозии; 2 – образование плужной подошвы и связанные с этим последствия; 3 – увеличение тягового усилия в результате уплотнения почвы. III. Внесение минеральных и органических удобрений и средств защиты растений: 1 – загрязнение воды и почвы химическими веществами и болезнетворными организмами; 2 – отрицательное воздействие пестицидов на живые организмы и на экологические системы в целом. IV. Возделывание и уборка корне- и клубнеплодов: 1 – развитие эрозии, уплотнение плодородного слоя почвы; 2 – вынос почвы с поля при транспортировке недостаточно очищенных корне- и клубнеплодов; 3 – повреждение клубней картофеля и корнеплодов и связанные с этим потери продукции при хранении. V. Уборка зерновых и кормовых культур: 1 – количественные потери зерновых; 2 – потери зеленой массы при ее погрузке на транспортные средства; 3 – качественные потери (дробление и травмирование зерна); 4 – гибель животных под ножами косилки при движении уборочных агрегатов в сгон. VI. Сушка, очистка, сортировка и хранение зерна и семян, получение травяной муки: 1 – загрязнение окружающей среды топочными газами в процессе сушки; 2 – получение недостаточно очищенного посевного материала в результате некачественной очистки и, как следствие, увеличение засоренности посевов; 3 – повреждение зерна и семян и потери продукции при хранении. 76 VII. Эксплуатация машинно – тракторного парка (МТП). Загрязнение окружающей среды и разрушающее воздействие на ее компоненты в результате: 1 – использования энергонасыщенных машин с большой массой и высокой скоростью движения; 2 – наличия неисправностей и недостатков в организации использования МТП; 3 – проведения технических обслуживания и уходов при отсутствии соответствующего оборудования и специальных площадок; 4 – недостатков в организации нефтехозяйства (плохое состояние резервуаров, раздаточных средств и т.д.); 5 – отсутствие теплых обогреваемых помещений для дизельных автомобилей и тракторов; 6 – загрязнения окружающей среды металлами из-за коррозии при хранении сельскохозяйственных машин и несвоевременной сдачи списанной техники. VIII. Мелиорация: 1 – осушение (уничтожения плодородного слоя почвы, понижения уровня грунтовых вод, разрушения природных экосистем); 2 – орошения (переувлажнение, заболачивание и засоление почв; подъем уровня грунтовых вод; разрушение плодородного слоя почвы при повышенной интенсивности дождя, создаваемого дождевальными агрегатами, и при промывке почв). IX. Механизация производственных процессов в животноводстве: 1 – загрязнение и заражение окружающей среды навозом; 2 – загрязнение окружающей среды при промывке доильной аппаратуры и молочного оборудования, при мойке корне и клубнеплодов; 77 3 – загрязнение воздушного бассейна газами, образующимися в процессе жизнедеятельности животных и разложения навоза, а также пылью и микроорганизмами при вентиляции помещений. 2.2.2. УПЛОТНЕНИЕ ПОЧВ ХОДОВЫМИ СИСТЕМАМИ МАШИННО-ТРАКТОРНЫХ АГРЕГАТОВ ? Почему происходит уплотнение почвы при работе сельскохозяйственной техники? От плотности почвы зависят ее водно – воздушные, тепловые и биологические свойства. С уплотнением почв уменьшается их общая пористость, ухудшается доступ влаги к растениям, снижается аэрация и скорость фильтрации воды, затрудняется распространение корней. Чрезмерно рыхлое состояние почвы также неблагоприятно, так как почва при этом быстро иссушается, нарушается контакт семян и корневой системы растений с почвой. Оптимальная плотность почвы составляет 1,1 г/см3 (плотность почвы колеблется от 1,0 до 1,8 г/см3). Технологии выращивания сельскохозяйственных культур предусматривают многократное воздействие ходовых систем машиннотракторных агрегатов на почву. В результате неоднократного прохождения машин по полю происходит значительное переуплотнение почвы, которое распространяется на большую глубину. Уплотнение усиливается при буксовании, вибрации двигателей, высоком давлении в шинах, при узких расстояниях между опорами ходовых систем и др. Поле, укатанное колесами тракторов, покрывается колеями глубиной 25-30 см, после обработок здесь образуются глыбы. При этом самые 78 плодородные почвы теряют свою агрономически ценную структуру: их почвенные агрегаты деформируются, исчезают межагрегатные поры. ? Каковы последствия чрезмерного уплотнение почв? Предельно допустимая величина плотности черноземов в пахотном слое составляет 1,3 г/см3. Однако после десяти проходов трактора по одной колее она возрастает до 1,40 – 1,45 г/см3 (трактор Т – 150К), до 1,37 – 1,38 г/см3 (трактор Т – 74), и до 1,36 – 1,42 г/см3 (трактор МТЗ – 72). В определенных условиях тракторы способны уплотнять пахотный слой черноземов до 1,5 г/см3, причем общее возрастание плотности прослеживается до глубины 60 – 70 см. Это приводит к возрастанию твердости и ухудшению структуры почв. Их водопроницаемость снижается в 1,5 – 4,0 раза, резко возрастает эрозия, а урожайность сельскохозяйственных культур существенно снижается: зерновых – на 10 – 40 %, зеленой массы кукурузы – на 8 – 40 %. Избыточное уплотнение почвы ходовыми аппаратами мобильных агрегатов приводит к ухудшению качества заделки семян по следу трактора (незаделанными остаются до 30 – 36% семян), ухудшению крошения пласта при пахоте и увеличению глыбистости. 2.2.3. ПУТИ СНИЖЕНИЯ УПЛОТНЕНИЯ ПОЧВЫ ПРИ РАБОТЕ МАШИННО – ТРАКТОРНЫХ АГРЕГАТОВ ? Какие существуют способы снижения уплотняющего воздействия на почвы ходовых систем? Меры по снижению уплотнения почвы: 1. Выбором типа движителя можно резко сократить уплотняющее воздействие трактора на почву. На ранневесеннем бороновании, предпосевной культивации, на подкормке озимых и на севе ранних яровых 79 культур при влажности почвы 22 – 24 % следует применять гусеничные тракторы. При этом уменьшаются уплотнение почвы по следу трактора в 1,5 – 1,8 раза, глубина колеи на 50 – 60 % по сравнению с колесными тракторами одинакового класса. Если же на этих работах без колесных тракторов не обойтись, следует прибегнуть к сдвоенным шинам на тракторах Т – 150К и К – 701. Этот прием позволяет почти на 50 % уменьшить контактное давление колес на почву. Однако тракторы с такой схемой ходового аппарата в 2 раза увеличивают площадь поля, уплотняемого колесами тракторов, и их нельзя использовать на пахоте и транспортных работах. 2. Компоновка движителей трактора К – 701 с разной шириной колеи передних и задних колес (ширина колеи задних колес увеличивается на 1620 мм). Это позволяет уменьшить кратность проходов колес по одному следу и снизить степень уплотнения почвы в 1,5 раза, глубину колеи и деформацию почвы на 35 – 40%. 3. Чтобы уменьшить уплотняющее воздействие пневматических колес на почву, необходимо устанавливать давление в шинах с учетом условий работы. Например, у трактора Т – 150К при работе на мягких и влажных почвах давление воздуха в шинах передних и задних колес должно быть в пределах 0,08 – 0,10 МПа, на сухих и твердых почвах – 0,12-0,14 МПа. Снижение давления в шинах с 0,14 до 0,10 МПа уменьшает уплотнение почвы на 25 – 28 %, глубину колеи на 12 %, твердость почвы на 15 %. 4. Необходимо использовать широкозахватные агрегаты. Комбинированные агрегаты, выполняющие за один проход 2 – 3, а иногда и 4 операции, позволяют сократить число проходов машин по полю, время работ и уплотнение почвы колесами по сравнению с однооперационными агрегатами. 5. Снижению избыточного уплотнения почвы способствуют научно обоснованные маршруты движения транспортных агрегатов по полю, 80 использование постоянной колеи при уходах и переездах, применение арочных шип на технологических и транспортных машинах. 6. Окультуривание почв и повышение содержания в них гумуса. 7. Минимальная обработка почвы. Контрольные вопросы и задания 1. Охарактеризуйте последствия применения техники в сельском хозяйстве. 2. Назовите отрицательные моменты применения сельскохозяйственной техники. 3. Почему происходит уплотнение почвы при работе сельскохозяйственной техники? 4. Каковы последствия чрезмерного уплотнение почв? 5. Назовите мероприятия, снижающие уплотняющее воздействие ходовых систем сельскохозяйственной техники на почву. 6. С помощью какого метода определяется плотность почвы? 81 Модуль 2.3. Экологические аспекты животноводства Вы будете изучать Факторы, источники и пути загрязнения окружающей среды и сельскохозяйственной продукции в зоне размещения снижению загрязнения животноводческих комплексов. Основные мероприятия окружающей среды по в условиях промышленного животноводства. Цели модуля Изучить основные факторы, источники и пути загрязнения окружающей среды в зоне размещения животноводческих комплексов. Выявить основные загрязняющие вещества, поступающие в окружающую среду от животноводческих комплексов. Изучить мероприятия по снижению загрязнения окружающей среды в условиях примышленного животноводства. Знать размер санитарно – защитных зон около животноводческих комплексов. После изучения модуля вы сможете Правильно разработать предотвращению систему загрязнения сельскохозяйственной мероприятий окружающей продукции при среды и проектировании размещения и эксплуатации животноводческих комплексов. 82 по Устанавливать размер санитарно – защитных зон около животноводческих комплексов. Основная литература 1. Агроэкология / Под ред. В.А. Черникова, А.И. Чекереса. – М.: Колос, 2000. - 536 с. 2. Сельскохозяйственная экология / Под ред. А.В. Голубев, Н.А. Мосиенко. – Саратов: Издательство Саратовской государственной сельскохозяйственной академии, 1997. – 418 с. Дополнительная литература 1. Смирнов, A.M. Экологические проблемы при производстве продукции на животноводческих предприятиях и пути их решения / А.М. Смирнов, В.Г. Тюрин // Сельскохозяйственная биология – 1994. - № 2. – С. 26-33. Ключевые слова Животноводство, Животноводческие комплексы, Загрязнение окружающей среды, Санитарно – гигиенические нормативы, Навозный сток, Навоз, Микроорганизмы. 83 2.3.1. ВЛИЯНИЕ ЖИВОТНОВОДЧЕСКИХ КОМПЛЕКСОВ НА ОКРУЖАЮЩУЮ СРЕДУ ? Какое влияние на окружающую среду оказывают животноводческие комплексы? При работе животноводческих комплексов возникает проблема утилизации навозных стоков и бесподстилочного навоза. Вблизи животноводческих ферм особую угрозу окружающей среде представляют скопления навоза, нитратное и микробное загрязнение почв, фитоценозов, поверхностных и грунтовых вод. Поэтому при выборе места для размещения животноводческих комплексов должны быть обоснованы возможности утилизации навоза и производственных стоков с учетом природоохранных требований. Количество образующегося навоза и навозных стоков существенно меняется в зависимости от интенсивности кормления, состава корма, вида и количества подстилаемого материала, расхода воды для удаления навоза, мытья помещений и оборудования. Отходы даже от небольших животноводческих комплексов могут создавать антисанитарную угрозу в тех случаях, когда хозяйства располагают вблизи водоемов, на территории с высоким залеганием грунтовых вод, при складировании навоза, в местах затопляемых атмосферными осадками. Навозные стоки крупных животноводческих комплексов ввиду их большого выхода невозможно сразу использовать в виде удобрений, т.е. возникает необходимость его хранения в специальных хранилищах (траншеях, ямах). В этом случае возникает реальная угроза стока навозной жидкости в водоемы. Интенсивное загрязнение подземных вод содержащимися в навозе микроорганизмами, органическими 84 и минеральными веществами происходит в местах складирования и хранения навоза, в районах расположения полей фильтрации. Опасность загрязнения воды навозом и навозными стоками вызывает: - загрязнение воды микроорганизмами (в том числе и патогенными), яйцами гельминтов; - насыщение воды органическими веществами; - поступление в воду азотистых соединений и других минеральных веществ. Загрязнение почв, снежного покрова и вод местного стока биогенными элементами влечет за собой соответствующие изменения показателей качества фитомассы культур на сельскохозяйственных угодьях, примыкающих к животноводческим фермам и комплексам. Угрозу окружающей среде представляют стоки силосных ям. Большая концентрация животных на ограниченной территории приводит к ослаблению организма животных, снижает их иммунную систему, приводит к росту заболеваемости животных. Животноводческие комплексы являются источником загрязнения атмосферы вредными выбросами (аммиак, сероводород, двуокись азота, микроорганизмы, пыль и др.). При этом неприятные запахи распространяются на расстоянии до 5 км, а при сильном ветре – до 10 км. Особенно много ядовитых и сильнопахнущих газов образуется в хозяйствах с низким санитарным уровнем. Пыль, микроорганизмы, накапливающиеся на животноводческих комплексах, могут влиять не только на здоровье животных, но и человека. 85 2.3.2. МЕРОПРИЯТИЯ ПО СНИЖЕНИЮ ЗАГРЯЗНЕНИЯ ОКРУЖАЮЩЕЙ СРЕДЫ ? Каковы способы снижения загрязнения окружающей среды в зоне размещения животноводческих комплексов? При создании животноводческих необходимо руководствоваться санитарно – гигиеническими нормами, в которых предъявляются требования к рельефу, состоянию почвы, расположению грунтовых вод, расстоянию от населенных пунктов. Для снижения загрязнения окружающей среды животноводческие комплексы от жилой застройки сельских населенных пунктов отделяют санитарно – защитными зонами (СЗЗ). Такую зону устанавливают от границы территории, на которой размещаются здания и сооружения для содержания животных, а также от площадей навозохранилищ или отдельных складов кормов (табл. 9). Таблица 9 Ширина санитарно – защитных зон до границы жилой зоны Предприятия и объекты Животноводческие фермы КРС: до 1000 голов 1000 – 5000 голов более 5000 голов Свиноводческие фермы: до 12 тыс. голов в год 12 – 15 тыс. голов в год более 54 тыс. голов в год Овцеводческие и звероводческие фермы Коневодческие и кролиководческие фермы Птицеводческие фермы до 100 тыс. кур-несушек и до 1 млн. бройлеров в год от 100до 400 тыс. кур-несушек и 1 – 3 млн. бройлеров в год более 400 тыс. кур-несушек и более 3 млн. бройлеров в год Сооружения для обработки жидкого свиного навоза (12 – 15 тыс. голов в год) Сооружения для обработки навоза крупного рогатого скота Хранилища жидкого навоза (открытые) Хранилища отработанной жидкой фракции навоза Площадки для компостов, буртов твердой фракции навоза, карантирования подстилочного навоза 86 Ширина зоны, м 300 500 1000 500 1200 2000 300 100 300 1000 1200 500 – 1500 300 – 1000 500 – 2000 500 300 Пруды – накопители осветленных стоков, буферные и биологические пруды 200 Со стороны жилой зоны в СЗЗ предусматривают лесные полосы шириной не менее 48 м при ширине СЗЗ свыше 100 м. Со стороны животноводческих комплексов для защиты их от снежных заносов, песка и пыли в СЗЗ создают лесные насаждения. Лесные насаждения формируют и на территории фермы и комплексов для отделения навозохранилищ, очистных сооружений, площадок компостирования, буртов навоза и др. от животноводческих и служебных помещений, складов кормов. Эти насаждения размещают таким образом, чтобы не затруднять циркуляцию воздуха на территории комплексов. Для предотвращения загрязнения окружающей среды необходимо: - установить агрохимический контроль над территорией землепользования, принадлежащей животноводческим комплексам; - обеспечить своевременного животноводческие удаления отходов комплексы и транспортом достаточным для количеством стационарных количеств; - при внесении жидкого навоза обеспечить его быструю заделку в почву; - при внесении бесподстилочного навоза осенью проводить противоэрозионную обработку почвы (глубокая вспашка, рыхление подпахотного слоя, кротование, лункование); - для предотвращения поверхностного стока и инфильтрации целесообразно не оставлять поля свободными от посевов; - эффективным средством борьбы с потерями избыточного количества азота бесподстилочного навоза является применение его в сочетании с измельченной соломой; 87 - для снижения загрязнения окружающей среды использовать внутрипочвенное внесение жидких органических удобрений, использовать в помещениях ультрафиолетовые лампы, биофильтры для удаления запахов и вентиляцию для воздухообмена в помещениях; - использовать новые способы очистки, переработки, обеззараживания и утилизации навоза. Контрольные вопросы и задания 1. Назовите основные факторы, источники и пути загрязнения окружающей среды и сельскохозяйственной продукции в зоне размещения животноводческих комплексов. 2. Какие загрязняющие вещества поступают в окружающую среду от животноводческих комплексов? 3. Какие разрабатываются загрязнения мероприятия окружающей среды и по предотвращению сельскохозяйственной продукции при проектировании размещения и эксплуатации животноводческих комплексов? 88 Модуль 2.4. Альтернативные системы земледелия и их агроэкологическое значение Вы будете изучать Понятие «альтернативное земледелие». Направления альтернативных систем земледелия, их характеристику. Преимущества и недостатки альтернативных систем земледелия. Особенности обработки почв, ухода за посевами при альтернативных системах земледелия. Цели модуля Изучить основные направления альтернативных систем земледелия. Выявить основные специфические особенности и отличительные признаки альтернативных систем земледелия. Изучить принципы рационального использования природных ресурсов. Познакомить с видами ресурсных циклов. После изучения модуля вы сможете Установить какое направление альтернативных систем земледелия применяется в конкретном хозяйстве. Правильно разработать систему обработки почвы, ухода за посевами при определенной земледелия. 89 системе альтернативного Разработать систему мероприятий по повышению почвенного плодородия при ведении альтернативного земледелия. Основная литература 1. Агроэкология / Под ред. В.А. Черникова, А.И. Чекереса. – М.: Колос, 2000. - 536 с. 2. Альтернативные системы земледелия и их экологическое значение/ Под ред. В.А. Черников, Р.М. Алексахин, А.В. Голубев. - М.: Колос, 2000. – 535 с. 3. Сельскохозяйственная экология / Под ред. А.В. Голубев, Н.А. Мосиенко. – Саратов: Издательство Саратовской государственной сельскохозяйственной академии, 1997. – 418 с. Дополнительная литература 1. Уразаев, Н.А. Сельскохозяйственная экология / Н. А. Уразаев, А. А. Вакулин, А. В. Никитин, Д. Н. Уразаев, Н. С. Чухлебова. – М.: Колос, 2000. – 304 с. Ключевые слова Альтернативные системы земледелия, Плодородие почв, Урожайность сельскохозяйственных культур, Экологизация, Биологизация, Биогумус, Биодинамическая система альтернативного земледелия, Органическая система альтернативного земледелия, Биологическая система альтернативного земледелия, Органо – биологическая система альтернативного земледелия. 90 2.4.1 ПРЕДПОСЫЛКИ ПЕРЕХОДА НА АЛЬТЕРНАТИВНЫЕ СИСТЕМЫ ЗЕМЛЕДЕЛИЯ ? Каковы основные предпосылки перехода на альтернативные системы земледелия? В своем историческом развитии технологическая система земледелия прошла несколько этапов. В 20-40 годах XX в. в сельском хозяйстве промышленно развитых стран мира начала широко применяться механизация, что позволило резко увеличить объемы продовольственной продукции. После второй мировой войны, в дополнение к механизации, во всем мире получили широкое распространение минеральные удобрения и пестициды, что способствовало дальнейшему росту урожайности сельскохозяйственных культур. В настоящее время в земледелии эти аспекты являются основополагающими, наряду с современными методами селекции, позволяющими существенно улучшить сельскохозяйственные и потребительские свойства культивируемых растений. В результате продуктивность растениеводства возросла в 2 – 3 раза. Однако такая интенсификация земледелия вызвала отрицательные изменения природной среды. В наиболее развитых странах мира во второй половине XX в. активно начали проявляться неблагоприятные изменения окружающей среды в связи с неумеренным увеличением применения пестицидов, удобрений, ростом объемов промышленных выбросов, повышением техногенной нагрузки на почву. Возросшее внимание к проблемам охраны почв предопределило поиск таких способов ведения сельского хозяйства, которые смогли бы свести до минимума некоторые отрицательные свойства, присущие традиционным системам земледелия. В связи с чем в начале 60-х годов прошлого столетия возникло новое направление развития сельского хозяйства под общим названием альтернативное земледелие. 91 Основа альтернативного (биологического) земледелия – сокращение до разумного минимума внешнего антропогенного воздействия на агроэкосистему, создание максимума благоприятных предпосылок для полноценного использования ее собственного биопотенциала, в том числе сохранение функциональных компонентов динамического равновесия агроэкосистемы. ? Каковы основные цели альтернативного земледелия? Цели альтернативного земледелия: – сохранение и повышение плодородия почвы; – защита окружающей среды; – активизация круговоротов веществ и переноса энергии в агроэкосистемах; – снижение материало- и энергоемкости получаемой продукции; – экономия ресурсов невосполнимой энергии; – улучшение качества производимой продукции; – обеспечение устойчивости агроэкосистем. Альтернативное земледелие предполагает необходимость изменения основных методов ведения современного земледелия путем его экологизации и биологизации. В первую очередь это полный или частичный отказ от применения химических препаратов (минеральные удобрения, пестициды, регуляторы роста, кормовые добавки и др.). Сторонники альтернативного сельского хозяйство считают, что ведение земледелия на основе максимальной реутилизации всех образующихся в хозяйстве отходов и побочной продукции позволит обеспечить потребителя экологически безопасными продуктами питания и сделают земледелие абсолютно безвредным для окружающей среды. В комплекс технологических мероприятий обязательно входит использование в севообороте бобовых культур, сохранение на поле 92 растительных остатков, применение навоза, компостов и сидератов, защита растений от сорняков, вредителей и болезней преимущественно биологическими методами. Агротехнические мероприятия в альтернативном земледелии предполагают обязательное исключение всех возможных негативных последствий для почвы, растительного и животного мира. Обеспечить растения сбалансированным питанием может только почва с высокой биологической активностью, что возможно за счет внесения органических удобрений, компостов, служащих питательным субстратом для почвенной биоты. В сохранении почвенного плодородия значительное место отводится дождевым червям и биогумусу. В настоящее время доля альтернативных систем в общем количестве хозяйств невелика, однако на Западе их гораздо больше, чем в России. Однако, по мнению многих ученых, приблизительно через 50 лет альтернативное земледелие станет во многих странах мира господствующей системой земледелия, главным образом в связи с продолжающимся ростом загрязнения окружающей среды пестицидами и удобрениями, а следовательно необходимостью ограничения их применения. 2.4.2. НАПРАВЛЕНИЯ АЛЬТЕРНАТИВНЫХ СИСТЕМ ЗЕМЛЕДЕЛИЯ ? В настоящее время какие системы альтернативного земледелия существуют в мире? В настоящее время в мире наибольшее распространение получили 4 направления альтернативных систем земледелия: – биодинамическая; – органическая; 93 – биологическая; – органо – биологическая. ? В чем сущность альтернативных систем земледелия? В 30-е годы XX в. фермеры стран Западной Европы (доктор Рудольф Штейнер) начали применять биодинамическую систему альтернативного земледелия. В данной системе земледелия все технологические операции проводятся с учетом не только земных, но и космических ритмов: обработку почвы, посев, уход за посевами необходимо осуществлять в благоприятные периоды, наступление которых обусловлено нахождением Луны в том или ином зодиакальном созвездии. Космическое влияние на растения оказывают и другие планеты, поэтому при приготовлении компостов и специальных биодинамических препаратов рекомендуется учитывать расположение других небесных тел. Так называемые «компостные препараты» готовят из различных растений (тысячелистник, крапива, ромашка лекарственная, одуванчик, дубовая кора и др.) и затем смешивают с навозом. «Гумусные препараты» готовят из рогов животных и навоза, «кремниевые препараты» - из рогов и размолотого кварца. Вытяжки, отвары и продукты брожения из растений используют в качестве удобрений, стимуляторов роста и для защиты растений от болезней и вредителей. Органическая система альтернативного земледелия наиболее распространена в США (Эдвард Фолкнер). Особое внимание в ней уделено севооборотам и посеву в них клевера на зеленое удобрение, рекомендуется также применять навоз, компосты, костную муку, доломит, полевой шпат, базальтовую пыль, мел, известь. Разрешается использование различных веществ и материалов растительного, животного или минерального 94 происхождения, микроэлементы. Плодородие почвы во многом связывают с деятельностью микроорганизмов. Во Франции получила распространение биологическая система альтернативного земледелия, где основной упор также делается на севообороты на принципах плодосмена и применения сидератов или хорошо закомпостированных органических удобрений. В качестве предупредительных мер для борьбы с вредителями и болезнями рекомендуются механические и огневые средства, растительные инсектициды (табачная пыль и др.), биодинамические препараты (настой из крапивы, отвар хвоща или полыни горькой). В плодоводстве и виноградарстве допускают использование серных и медных препаратов и слаботоксичных органических и синтетических веществ. В Швейцарии и Швеции наиболее распространена органо- биологическая система альтернативного земледелия, в основе которой лежит стремление к созданию высокоплодородной и здоровой почвы за счет поддержания и активизации деятельности ее микрофлоры. Здесь разрешено применение медленно действующих минеральных удобрений (томасшлак, калимагнезия, базальтовая пыль). Принципы чередования культур в севооборотах, использование органических удобрений, меры борьбы с вредителями, болезнями растений и сорняками аналогичны применяемым при биологической системе альтернативного земледелия. 2.4.3. АГРОНОМИЧЕСКИЕ АСПЕКТЫ АЛЬТЕРНАТИВНЫХ СИСТЕМ ЗЕМЛЕДЕЛИЯ ? Каковы особенности ведения сельского хозяйства при альтернативных системах земледелия? 95 В агрономическом плане во всех альтернативных системах земледелия наибольшее внимание уделяется соблюдению чередования культур в севооборотах, глубоко обоснованному и рациональному применению удобрений и средств защиты растений от вредителей и болезней. Правильно подобранная структура посевов, вписанная в границы принятых севооборотов и ландшафт территории, дает возможность при всех системах земледелия наиболее эффективно использовать влагу, улучшать фитосанитарное состояние посевов, направлять в нужное русло течение микробиологических процессов, с максимальной выгодой использовать вегетационный период, стабилизировать экологическую ситуацию в целом. В альтернативном земледелии важно, чтобы в севооборотах не было чрезмерного насыщения однотипной группой культур и чередовались культуры с различной биологией и глубиной корневых систем. Включение в севообороты многолетних трав способствует сокращению потерь почвы от эрозии, что является одной из целей альтернативного земледелия. В соответствии с принципами альтернативного земледелия пополнение элементов питания в почве идет в основном за счет различных органических удобрений, растворимых природных минералов и азотофиксирующих растений, корневых и надземных остатков культур. При этом снабжение растений азотом должно осуществляться в основном в результате постепенной минерализации органических удобрений и растительных остатков, а также за счет азотофиксации; фосфором – при освобождении связанного фосфора из различных соединений почвы; калием – при высвобождении элемента из почвенных минералов и минерализации органического вещества. Ключевую роль в обеспечении почвенной микрофлоры энергетическим материалом, а значит и в поддержании продуктивной 96 способности почвы, отводят органическим удобрениям в форме навоза, сидератов и компостов, в том числе с соломой и другими добавками. В приготовлении компостов важная роль принадлежит дождевым червям. Подсчитано, что 10 тыс. червей из 300 кг навоза за год образуют 100 кг гумуса. Норма внесения гумуса в 5-6 раз меньше, что целесообразно и экономически выгодно. У сторонников различных направлений альтернативного земледелия не одинаковы требования к условиям обработки почвы в севообороте. В органическом, биологическом и органо-биологическом земледелии рекомендуют только поверхностную обработку почвы без оборота пласта, поскольку растительные остатки и навоз, заделанные в верхний слой, способствуют более активному развитию микрофлоры. Неглубокую вспашку допускают лишь в определенных условиях, например, при обработке пласта многолетних трав. Необходимость глубокой отвальной вспашки для создания мощного плодородного пахотного слоя признается биодинамической системой альтернативного земледелия. Все сторонники альтернативных систем земледелия признают, что основное условие успешной борьбы с сорняками – это соблюдение чередования культур в севооборотах и разноглубинная обработка почвы. Из непосредственных мер борьбы с сорняками считают боронование до и после всходов растений, мульчирование, механическую обработку междурядий. Однако отказ от применения гербицидов зачастую обрекает на рост засоренности посевов большинства культур. Особую опасность представляет повышение засоренности многолетними сорняками и общее увеличение числа видов сорняков. Поэтому многие считают возможным применение при определенных обстоятельствах, в разумных пределах гербицидов (малообъемное опрыскивание и др.). В борьбе с вредителями и болезнями теория альтернативного земледелия большие надежды возлагает на активизацию механизма саморегуляции агроэкосистемы. 97 Кроме общепринятых в современном земледелии приемов (севообороты, обработка почвы, подбор сортов) в альтернативном земледелии рекомендуется применение смешанных посевов культур и даже сортов как условие уменьшения зависимости от химических средств защиты растений. При этом отказ от минеральных форм азотных удобрений снижает в определенной степени поражение зерновых культур вредителями, например, тлями. Из инсектицидных средств рекомендуются микробиологические препараты, растительные инсектициды, различные масла, мыло, отвары и настои. В качестве фунгицидов применяют серу, бордоскую жидкость, известь и др. ? Каковы преимущества и недостатки альтернативных систем земледелия? Одним из недостатков альтернативных систем земледелия считается очень низкая урожайность возделываемых культур. Преимуществом альтернативного земледелия перед традиционным является его почвозащитная направленность. Контрольные вопросы и задания 1. Каковы предпосылки перехода на альтернативные системы земледелия? 2. В вашем регионе есть хозяйстве, которые перешли на альтернативное ведение сельского хозяйства. Приведите примеры? 3. Назовите основные цели альтернативного земледелия. 4. Какие направления альтернативных систем земледелие существуют в настоящее время. Дайте им характеристику? 5. Какие приемы в альтернативных системах земледелия используют для повышения почвенного плодородия, для борьбы с вредителями, болезнями и сорняками? 98 6. В чем преимущества и недостатки альтернативных систем земледелия? 7. Назовите основные отличительные признаки альтернативных систем земледелия от традиционных. Модуль 2.5. Оптимизация агроландшафтов и организация устойчивых агроэкосистем Вы будете изучать Понятия «агроландшафт», «оптимизация природной среды», «оптимизация ландшафта». Свойства природных систем, определяющие их отношения к внешним воздействиям. Основные принципы организации устойчивых агроэкосистем. Цели модуля Дать представления о ключевых определениях оптимизации агроландшафтов и организации устойчивых агроэкосистем. Изучить основные свойства природных систем, определяющие их отношения к внешним воздействиям. Рассмотреть основные принципы организации устойчивых агроэкосистем. Сформировать базу информации для реконструкции и создания устойчивых агроэкосистем. После изучения модуля вы сможете Знать ключевые понятия оптимизации агроландшафтов и организации устойчивых агроэкосистем. 99 Понимать и различать свойства природных систем, по отношению к внешним воздействиям. Обосновывать и разрабатывать рекомендации по оптимизации агроландшафтов. Использовать принципы организации агроэкосистем в хозяйственной деятельности. Основная литература 1. Агроэкология / Под ред. В. А. Черникова, А. И. Чекереса. – М.: Колос, 2000. - 536 с. 2. Агроэкологическая оценка земель, проектирование адаптивно- ландшафтных систем земледелия и агротехнологий / Под ред. В.И. Кирюшина, А.Л. Иванова. – М.:ФГНУ «Росинформагротех», 2005. – 784 с. 3. Шакиров, Ф.К. Организация сельскохозяйственного производства / Под ред. Ф.К. Шакирова. – М.: Колос, 2000.- 504 с. Дополнительная литература 1. Кирюшин, В.И. Агрономическое почвоведение / В.И. Кирюшин – М.: КолосС, 2010. – 687 с. 2. Реймерс, Н.Ф. Экология (теории, законы, правила, принципы и гипотезы) / Н.Ф. Реймерс – М., 1994. – 367 с. 3. Исаченко, А.Г. Оптимизация природной среды / А.Г. Исаченко – М., 1980. – 243 с. Ключевые слова Агроландшафт, Ландшафт, Оптимизация агроландшафта, Изменчивость агроэкосистем, Принципы организации агроэкосистем, Устойчивость агроэкосистем, Оптимизация100 природной среды, Агроэкосистема, Эластичность, 2.5.1. ПОНЯТИЯ «ЛАНДШАФТ», «АГРОЛАНШАФТ» ? Что такое «ландшафт»? Производственная, в том числе и сельскохозяйственная, деятельность человека осуществляется в границах целостных природных образований – ландшафтов. Ландшафт – взаимодействующих это территориальная природных или система, природных и состоящая из антропогенных компонентов, а также комплексов более низкого таксономического ранга; наиболее общий целостный объект охраны природы. С этой точки зрения он рассматривается как ресурсосодержащая и ресурсовоспроизводящая система; среда жизни и деятельности человека; хранилище генофонда; природная лаборатория и источник эстетического восприятия. Ландшафт – это территория, однородная по происхождению и истории развития, обладающая единым геологическим основанием, однотипным рельефом, единообразным сочетанием почв, растительности и отличающаяся от других территорий структурой, а также характером взаимосвязи и взаимодействия между отдельными компонентами этой территории. ? Что такое агроландшафт? По различным параметрам выделяют природные и антропогенные, культурные и акультурные, степные и горные, лесные и болотные, а также другие ландшафты, в том числе и агроландшафты. 101 Агроландшафты – антропогенные ландшафты с преобладанием в их биотической части сформированных сообществ человеком живых организмов, (антропоэкосистем) искусственно 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. 2.5.2. ПОНЯТИЯ «ОПТИМИЗАЦИЯ ПРИРОДНОЙ СРЕДЫ», «ОПТИМИЗАЦИЯ АГРОЛАНДШАФТОВ». СВОЙСТВА ПРИРОДНЫХ СИСТЕМ ПО ОТНОШЕНИЮ К ВНЕШНИМ ВОЗДЕЙСТВИЯМ ? Что такое «оптимизация природной среды»? Оптимизация природной среды – это поиск сбалансированного соотношения между эксплуатацией экосистем (рациональным использованием естественных ресурсов), их охраной и целенаправленным преобразованием. Между тем деятельность человека приводит к значительным и устойчивым изменениям природной среды. В агроэкосистемах, как известно, к таковым относят процессы эрозии и дефляции; загрязнение почв и природных вод химическими веществами, вымываемыми из минеральных удобрений; эвтрофирование водоемов; уплотнение, подкисление и понижение биологической активности почв; изменение видового состава, численности и распределения флоры и фауны и т. д. В связи с этим очевидна средостабилизирующих мероприятий. 102 необходимость в системе ? Что такое «оптимизация агроландшафта»? Под оптимальным понимают ландшафт, структуры и функции которого максимально соответствуют возможностям и потребностям нормального сбалансированного развития отдельных его компонентов или определенным целям его использования. Оптимизация агроландшафта – это комплекс мероприятий по сохранению или модификации существующих и формированию новых связей между различными составляющими ландшафта в целях его рационального использования, сохранения полезных свойств и предупреждения их возможной утраты, установление максимально полного соответствия природного потенциала ландшафта социальноэкономическим функциям, задаваемым ему человеком. ? Каковы свойства природных систем, определяющих их отношение к внешним воздействиям? Природные системы характеризуются рядом свойств, определяющих их (систем) отношение к внешним воздействиям, таких, как целостность, устойчивость, эластичность, инерция, емкость, допустимые пределы изменений. Кратко охарактеризуем эти свойства. Целостность – внутреннее единство экосистем, обусловленное тесными взаимосвязями между составляющими их компонентами. Устойчивость саморегулированию – в способность пределах, не к самосохранению превышающих и определенных критических величин. Речь идет о способности экосистем сохранять свою структуру и основные функции при внешних воздействиях (в том числе антропогенных). 103 Различают резистентную устойчивость – свойство системы сопротивляться нарушениям, поддерживать свою структуру и функции, и упругую устойчивость – способность восстанавливать свое состояние после того, как структура и функции системы были нарушены. Изменчивость – способность экосистем переходить из одного состояния другое под влиянием внешних сил или факторов саморазвития. Эластичность – способность в некоторых пределах менять свое состояние под влиянием внешних факторов и возвращаться в исходное состояние при прекращении их действия. Инерция – способность природных систем в некоторых пределах противостоять действию внешних факторов без изменения своего состояния. Емкость – способность абсорбировать без изменения своего состояния чужеродные воздействия внешних факторов (посторонние вещества, избыточную энергию и т. п.). Допустимые пределы изменений – максимальный и минимальный пределы параметров состояния природной системы, внутри которых она обладает устойчивостью и не разрушается. 2.5.3. ОСНОВНЫЕ ПРИНЦИПЫ ОРГАНИЗАЦИИ АГРОЭКОСИСТЕМ ? Каковы принципы построения агроландшафтов? Принцип агроландшафтах биосферы, т. адекватности. должна е. быть Производственная функционально адекватной деятельность соответствовать природным в функциям закономерностям окружающей среды. Этого можно достичь применением прогрессивных систем земледелия с учетом экологических особенностей структуры сложившихся естественных ландшафтов. В результате образуются новые природно-хозяйственные комплексы, обеспечивающие более эффективное 104 использование биоэнергетических ресурсов, с устойчивыми агроэкосистемами, имитирующими функции биосферы. Принцип совместимости. Компоненты территории агроландшафтов проектируют и создают с учетом природно-антропогенной совместимости. Суть в том, органически чтобы элементы взаимосвязаны и территории агроландшафтов были представляли единую систему, согласованную со строением природных комплексов и хозяйственной деятельностью. Принцип соответствия структурировании фитоценозов агроландшафта важно местообитанию. грамотно выбрать При место размещения посевов и посадок различных групп сельскохозяйственных растений на неоднородных по экологическим свойствам и расположению участках возделываемых земель. Практическую реализацию этого принципа следует рассматривать как необходимое условие формирования устойчивых агроэкосистем. Принцип почвоохранных, приоритета фитомелиорации. самовосстанавливающихся При и формировании самоочищающихся агроландшафтов и агроэкосистем ведущая роль должна принадлежать фитомелиорации, что соответствует одному из важнейших законов земледелия – закону минимума. Принцип пространственного Агроэкосистемы следует и создавать видового с разнообразия. учетом требования пространственного и видового разнообразия среды. Это соответствует существующей закономерности, согласно которой чем разнообразнее и сложнее структура агроландшафта, тем выше его устойчивость, способность противостоять различным внешним воздействиям. 105 Контрольные вопросы и задания 1. Что такое «ландшафт» и «агроландшафт»? 2. Назовите основные отличительные признаки ландшафта от агроландшафта. 3. Раскройте понятие «оптимизация природной среды». 4. Что такое «оптимальный ландшафт» и «оптимизация агроландшафта»? 5. Каковы основные цели оптимизации агроландшафтов? 6. Охарактеризуйте основные свойства природных систем по отношению к внешним воздействиям. 7. В чем различия между резистентной и упругой устойчивостью природных систем? 8. Какие вы можете назвать принципы организации агроэкосистем имеющие практическое значение? Почему вы назвали именно эти принципы? 106 Модуль 2.6. Природоохранное значение безотходных и малоотходных технологий Вы будете изучать Понятия «безотходная», «малоотходная» и «чистая» технология. Цель развития безотходных и малоотходных технологий. Принципы становления малоотходного или безотходного производства. Организация производства малоотходного или безотходного производства. Цели модуля Изучить основные понятия «безотходная» и «малоотходная» технология. Рассмотреть основные отличительные признаки безотходных и малоотходных технологий. Изучить принципы организации малоотходных и безотходных производств. Познакомить с видами малоотходных и безотходных производств. После изучения модуля вы сможете Разрабатывать комплексные мероприятия, дальнейшем на создание безотходных и нацеленные в малоотходных технологий. Знать природоохранное значение безотходных и малоотходных технологий. 107 Понимать перспективы использование безотходных и малоотходных технологий Основная литература 1. Хатунцев, Ю.Л. Экология и экологическая безопасность / Ю.Л. Хатунцев – М.: Академия, 2002. – 480 с. 2. Новиков, Ю.В. Экология, окружающая среда и человек / Ю.В. Новиков – М.: ФАИР-Пресс, 2003. – 550 с. Дополнительная литература 1. Муравей, Л.А. Экология и безопасность жизнедеятельности / Л.А. Муравей – М.: ЮНИТИ, 2002. – 431 с. 2. Путилов, А.В. Охрана окружающей среды / А.В. Путилов, А.А. Копреев, Н.В. Петрухин – М.: Химия, 1991. – 224 с. Ключевые слова Безотходное производство, Малоотходное производство, Ресурсосберегающие технологии, Научно-технический прогресс, Экологическое производство, «Чистая» технология, Окружающая среда, Природные ресурсы, Природоохранное значение, Открытая система. 108 2.6.1. ПОНЯТИЯ БЕЗОТХОДНЫЕ, МАЛООТХОДНЫЕ И «ЧИСТЫЕ» ТЕХНОЛОГИИ ? Что такое безотходная технология? Принципиально новый подход к развитию всего промышленного и сельскохозяйственного производства – создание малоотходной и безотходной технологии. Понятие безотходной технологии, в соответствии с Декларацией Европейской экономической комиссии ООН (1979) означает практическое применение знаний, методов и средств с тем, чтобы в рамках потребностей человека обеспечить наиболее рациональное использование природных ресурсов и защитить окружающую среду. В 1984 г. комиссия ООН приняла более конкретное определение данного понятия: «Безотходная технология – это такой способ производства продукции (процесс, предприятие, территориально- производственный комплекс), при котором наиболее рационально и комплексно используются сырье и энергия в цикле сырьевые ресурсы – производство – потребитель – вторичные ресурсы – таким образом, что любые воздействия на окружающую среду не нарушают ее нормального функционирования». ? Под Что такое малоотходная технология? малоотходным понимается такой способ производства продукции (процесс, предприятие, территориально-производственный комплекс), при котором вредное воздействие на окружающую среду не превышает уровня, допустимого санитарно-гигиеническими нормами; при этом по техническим, организационным, экономическим или другим причинам часть сырья и материалов переходит в отходы и направляется на длительное хранение или захоронение. 109 Малоотходная технология решает двуединую задачу: эффективного использования природного сырья и продуктов его переработки с одной стороны, и охраны окружающей среды от различного рода загрязнений, отходов – с другой. ? Что такое «чистая» технология? Термин «чистое производство» был введен на заседании рабочей группы ЮНЕП/ИЕО в 1989 г.: «это производство, которое характеризуется непрерывным и полным применением к процессам и продуктам природоохранной стратегии, предотвращающей загрязнение окружающей среды таким образом, чтобы понизить риск для человечества и окружающей среды. ? Какова цель безотходных и малоотходных технологий? Цель развития малоотходных и ресурсосберегающих технологий – создание замкнутых технологических циклов, с полным использованием поступающего сырья и не вырабатывающих отходов, выходящих за их рамки. Это попытка воспроизвести природные циклы, так как биосфера является закрытой системой, где все элементы взаимосвязаны и обусловливают друг друга. Современная техногенная экономика является открытой системой, где получение относительно небольшого конечного продукта требует огромных затрат ресурсов и сопровождается большими отходами. По отношению к общему объему отчуждаемого природного вещества сейчас конечный продукт составляет всего 2-4 %, а остальная часть идет в отходы. 110 2.6.2. ПРИНЦИПЫ СТАНОВЛЕНИЯ МАЛООТХОДНОГО И БЕЗОТХОДНОГО ПРОИЗВОДСТВА ? Каковы принципы становления безотходных и малоотходных производств? Принцип системности – самый основной. В соответствии с ним каждый отдельный процесс или производство рассматривается как элемент динамичной системы всего промышленного производства в регионе (ТПК). На более высоком уровне как элемент эколого-экономической системы в целом, включающей кроме материального производства и другой хозяйственно-экономической деятельности человека, природную среду (популяции живых организмов, атмосферу, гидросферу, литосферу, биогеоценозы, ландшафты), а также человека и среду его обитания. Комплексность использования ресурсов. Этот принцип требует максимального использования всех компонентов сырья и потенциала энергоресурсов. Как известно, практически все сырье является комплексным, и в среднем более трети его количества составляют сопутствующие элементы, которые могут быть извлечены только при комплексной его переработке. Так, уже в настоящее время почти все серебро, висмут, платина и платиноиды, а также более 20% золота получают попутно при переработке комплексных руд. Принцип комплексного экономного использования сырья в России возведен в ранг государственной задачи и четко сформулирован в ряде постановлений правительства. Конкретные формы его реализации в первую очередь будут зависеть от уровня организации безотходного производства на стадии процесса, отдельного производства, производственного комплекса и эколого-экономической системы. 111 Цикличность материальных потоков. К простейшим примерам цикличных материальных потоков можно отнести замкнутые водо- и газооборотные циклы. В конечном итоге последовательное применение этого принципа должно привести к формированию сначала в отдельных регионах, а впоследствии и во всей техносфере сознательно организованного и регулируемого техногенного круговорота вещества и связанных с ним превращений энергии. Требование ограничения воздействия производства на окружающую природную и социальную среду с учетом планомерного и целенаправленного роста его объемов и экологического совершенства. Этот принцип в первую очередь связан с сохранением таких природных и социальных ресурсов, как атмосферный воздух, вода, поверхность земли, рекреационные ресурсы, здоровье населения. Принцип рациональности организации малоотходных и безотходных технологий. Определяющими здесь являются требование разумного использования всех компонентов сырья, максимального уменьшения энерго-, материало- и трудоемкости производства и поиск новых экологически обоснованных сырьевых и энергетических технологий, с чем во многом связано снижение отрицательного воздействия на окружающую среду и нанесение ей ущерба, включая смежные отрасли народного хозяйства. 112 2.6.3. ОРГАНИЗАЦИЯ МАЛООТХОДНОГО И БЕЗОТХОДНОГО ПРОИЗВОДСТВА ? В чем сущность организации малоотходных производств? безотходных и 1. Все производственные процессы должны осуществляться при минимальном числе технологических этапов, поскольку на каждом из них образуются отходы и теряется сырьё. 2. Технологические процессы должны быть непрерывными, что позволит наиболее эффективно использовать сырьё. 3. Единичная мощность технологического оборудования должна быть оптимальной, что соответствует максимальному коэффициенту полезного действия и минимальным потерям. 4. При разработке нового технологического оборудования необходимо предусматривать широкое использование автоматических систем на базе компьютерной техники, обеспечивающих оптимальное ведение технологических процессов. 5. Выделяющаяся в различных технологических процессах теплота должна быть полезно использована, энергоресурсы и сырьё. 113 что позволит сэкономить Контрольные вопросы и задания 1. Дайте определения терминам: «безотходная», «малоотходная» и «чистая» технология? Приведите примеры. 2. В чем различия между безотходной, малоотходной и «чистой технологией производства? 3. Какой технологии производства вы отдаете предпочтение? Почему? 4. Какова цель введения в производство безотходных, малоотходных технологий? 5. Охарактеризуйте основные принципы становления безотходных, малоотходных производств? 6. Основные особенности использования безотходных, малоотходных и «чистых» технологий. 7. В чем заключается сущность организации безотходных и малоотходных производств? 8. Каковы различия между малоотходного производства? 114 организацией безотходного и Словарь терминов это комплексная научная дисциплина, Агроэкология взаимодействие человека с (сельскохозяйственная изучающая окружающей средой в процессе экология) сельскохозяйственного производства, влияние сельского хозяйства на природные комплексы и их компоненты, взаимодействие между компонентами агроэкосистем и специфику круговорота в них веществ, перенос энергии, характер функционирования агроэкосистем в условиях техногенных нагрузок. Аграрный ландшафт это экосистема, сформировавшаяся в результате сельскохозяйственного преобразования природного ландшафта. Агросфера это глобальная система, объединяющая всю территорию Земли, преобразованную сельскохозяйственной деятельностью человека. Агроэкосистема это неустойчивая, искусственно созданная и регулярно поддерживаемая человеком экосистема с целью производства сельскохозяйственной продукции. Это поля, сады, виноградники, полезащитные лесные полосы. Агроценоз это совокупность организмов, обитающих на сельскохозяйственных землях, а также землях лесного пользования, занятых посевами или посадками культурных растений или древесных насаждений. Дефляция ветровая эрозия. Загрязнение окружающей среды это привнесение в природную среду или возникновение в ней новых, обычно нехарактерных, физических, химических, информационных или биологических агентов, или превышение в рассматриваемое время естественного среднемноголетнего уровня воздействия перечисленных агентов на среду, приводящее к негативным последствиям. Загрязнитель любой физический агент, химическое вещество 115 или биологический вид, поступающий в окружающую среду или возникающий в ней в количестве, выходящем за рамки своей обычной концентрации, и вызывающий загрязнение среды. Ландшафт это территория, однородная по происхождению и истории развития, обладающая единым геологическим основанием, однотипным рельефом, единообразным сочетанием почв, растительности и отличающаяся от других территорий структурой, а также характером взаимосвязи и взаимодействия между отдельными компонентами этой территории. Малоотходная технология способ производства продукции, при котором вредное воздействие на окружающую среду не превышает уровня, допустимого санитарногигиеническими нормами; при этом по техническим, организационным, экономическим или другим причинам часть сырья и материалов переходит в отходы и направляется на длительное хранение или захоронение. Пестициды химические препараты для борьбы с вредителями, болезнями растений и сорняками. Плотность почвы масса единицы объема почвы в естественном состоянии Природные ресурсы часть всей совокупности природных условий и компонентов природной среды, которые используются либо могут быть использованы для удовлетворения потребностей общества, поддержания условий существования человечества и повышения качества жизни. Природно – ресурсный способность природных систем без ущерба для себя (а следовательно, и для людей) отдавать потенциал необходимую человечеству продукцию или производить полезную для него работу в рамках хозяйства данного исторического типа. Ресурсный цикл это совокупность превращений и пространственных перемещений определенного вещества, происходящих на всех этапах использования его человеком и протекающих в рамках общественного звена общего 116 круговорота данного вещества на Земле. Техногенез это процесс изменения природных комплексов под воздействием производственной деятельности человека. Устойчивость это способность сохранять и поддерживать значение своих параметров и структуры в пространстве и во времени без изменения характера функционирования. Химизация сельского комплекс мероприятий, опирающийся на результаты агрохимической науки и химической хозяйства промышленности, заключающийся в широком и планомерном использовании химических средств и методов. 117 СОДЕРЖАНИЕ: ПРЕДИСЛОВИЕ………………………………………………………… 3 ВВЕДЕНИЕ…….…………………………………………………………. 4 ЧАСТЬ I. АГРОЭКОСИСТЕМА КАК АНТРОПОГЕННО ИЗМЕНЕННАЯ ЧАСТЬ БИОСФЕРЫ……………………………….. 7 МОДУЛЬ 1.1. ПРИРОДНО – РЕСУРСНЫЙ ПОТЕНЦИАЛ СЕЛЬСКОХОЗЯЙСТВЕННОГО ПРОИЗВОДСТВА………………. 7 1.1.1 Понятие «природные ресурсы». Классификация природных ресурсов………………………………………………………………….. 1.1.2 Понятие «природно – ресурсный потенциал»…………………... 1.1.3 Понятие «ресурсный цикл». Виды ресурсных циклов………..... 9 12 18 КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ И ЗАДАНИЯ……………………………. 20 МОДУЛЬ 1.2. ПОНЯТИЕ ОБ АГРОЭКОСИСТЕМАХ…………….. 21 1.2.1. Понятия «агроэкосистема», «агроценоз», «аграрный ландшафт», «агросфера», «устойчивость агроэкосистем»……………... 1.2.2. Функция агроэкосистемы, ее ресурсы. Трофическая структура агроэкосистемы. Биологическая продукция агроэкосистемы…………. 1.2.3. Каковы отличительные особенности функционирования агроэкосистем от природных систем?........................................................ 1.2.4. Какие классификации агроэкосистем существуют?.................... 23 26 29 33 КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ И ЗАДАНИЯ…………………………….. 39 МОДУЛЬ 1.3. АГРОЭКОСИСТЕМЫ В УСЛОВИЯХ ТЕХНОГЕНЕЗА………………………………………………………….. 40 1.3.1. Классификация и формы загрязнения окружающей среды…… 1.3.2. Последствия загрязнения окружающей среды…………………. 41 48 КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ И ЗАДАНИЯ…………………………….. 51 ЧАСТЬ II. ЭКОЛОГИЧЕСКИЕ ПРОБЛЕМЫ ИНТЕНСИФИКАЦИИ СЕЛЬСКОХОЗЯЙСТВЕННОГО ПРОИЗВОДСТВА..…... 52 МОДУЛЬ 2.1. ЭКОЛОГИЧЕСКИЕ ПРОБЛЕМЫ ХИМИЗАЦИИ.. 52 2.1.1. Экологические последствия применения удобрений в 118 сельском хозяйстве……………...………………………………………… 2.1.2. Экологические последствия применения пестицидов в сельском хозяйстве………………………………………………………... 2.1.3. Экологизация защиты растений…………………………………. 54 КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ И ЗАДАНИЯ…………………………….. 70 МОДУЛЬ 2.2. ЭКОЛОГИЧЕСКИЕ ПРОБЛЕМЫ МЕХАНИЗАЦИИ………………………………………………………... 71 60 65 2.2.1. Последствия применения техники в сельском хозяйстве……... 2.2.2. Уплотнение почв ходовыми системами машинно-тракторных агрегатов…………………………………………………………………… 2.2.3. Пути снижения уплотнения почвы при работе машиннотракторных агрегатов……………………………………………………... 73 КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ И ЗАДАНИЯ…………………………….. 79 МОДУЛЬ 2.3. ЭКОЛОГИЧЕСКИЕ АСПЕКТЫ ЖИВОТНОВОДСТВА…………………………………………………... 80 2.3.1. Влияние животноводческих комплексов на окружающую среду……………….………………………………………………………. 2.3.2. Мероприятия по снижению загрязнения окружающей среды… 82 84 КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ И ЗАДАНИЯ…………………………….. 86 МОДУЛЬ 2.4. АЛЬТЕРНАТИВНЫЕ СИСТЕМЫ ЗЕМЛЕДЕЛИЯ И ИХ АГРОЭКОЛОГИЧЕСКОЕ ЗНАЧЕНИЕ…... 87 2.4.1 Предпосылки перехода на альтернативные системы земледелия………………………………………………………………. 2.4.2 Направления альтернативных систем земледелия…………........ 2.4.3 Агрономические аспекты альтернативных систем земледелия... 89 91 93 КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ И ЗАДАНИЯ…………………………….. 96 МОДУЛЬ 2.5. ОПТИМИЗАЦИЯ АГРОЛАНДШАФТОВ И ОРГАНИЗАЦИЯ УСТОЙЧИВЫХ АГРОЭКОСИСТЕМ…………... 97 76 77 2.5.1. Понятия «ландшафт», «агроланшафт» 99 2.5.2. Понятия «оптимизация природной среды», «оптимизация агроландшафтов». Свойства природных систем по отношению к внешним воздействиям…………………………………………………… 100 2.5.3. Основные принципы организации агроэкосистем…………… 102 КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ И ЗАДАНИЯ…………………………….. 104 МОДУЛЬ 2.6. ПРИРОДООХРАННОЕ ЗНАЧЕНИЕ БЕЗОТХОДНЫХ И МАЛООТХОДНЫХ 105 ТЕХНОЛОГИЙ………………………….. 119 2.6.1. Понятия безотходные, малоотходные и «чистые» технологии.. 107 2.6.2. Принципы становления малоотходного и безотходного производства…………………………………….………………………… 109 2.6.3. Организация малоотходного и безотходного производства…... 111 КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ И ЗАДАНИЯ…………………………….. 112 СЛОВАРЬ ТЕРМИНОВ……………………………………………….... 113 120 Учебное издание Сергеева Ирина Вячеславовна Пономарева Альбина Леонидовна Мохонько Юлия Михайловна Андриянова Юлия Михайловна СЕЛЬСКОХОЗЯЙСТВЕННАЯ ЭКОЛОГИЯ (интерактивный курс) Учебно-практическое пособие Издается в авторской редакции Корректура авторов 121
