В отличие от альтернативного земледелия, которое предполагает приоритет какого-либо одного критерия, адаптивно-компромиссное направлено на достижение рациональной сбалансированности критериев и представляет собой промежуточную форму между биологическим и традиционными типами земледелия.

Расчет экологической системы земледелия.

В качестве критериев оценки влияния сельскохозяйственной деятельности на агроэкосистемы предложено использовать показатель экологичности земледелия (Кэз), для расчета которого служат следующие характеристики: урожай культуры (У) и их количество (n), коэффициент гумификации растительных остатков (Кr), масса вносимых органических удобрений (Мо) и коэффициент их гумификации (Ко), масса минерализации гумуса и количество пожнивных остатков (Ммн), масса потерь гумусовых веществ за счет эрозии (Мэв), масса расхода гумуса на формирование урожая (Мгу), коэффициенты, выражающие повторяемость культуры за ротацию севооборота (Кр) и долю данной культуры в севообороте (Кд).

Расчет устойчивости агроэкосистем при различных системах земледелия (звеньях севооборота).

Звено: пар-ячмень с внесением органических удобрений):

То же самое без внесения органических удобрений:

Вывод: в результате эрозии и насыщенности севооборотов происходит активный расход гумуса, а значение Кэз в первом звене - 0,58 свидетельствует о умеренной экологичности используемых систем земледелия.

3.3 Устойчивость почвенного блока

Разрушение и создание органического вещества составляют сущность почвообразования. Из этого общеизвестного положения вытекает принципиально важное следствие - соотношение между процессами минерализации и гумификации обуславливает экологическое равновесие в почве. Сбалансированность названных процессов отражает суть экологической устойчивости почвенного блока, а следовательно, и агроэкосистемы в целом. Определение количественных параметров, соответствующих состоянию экологического равновесия в почве, раскрытие его природы и разработка на этой основе методов целенаправленного воспроизводства почвенного плодородия - важная научно-практическая задача, требующая комплексных решений, в том числе с учетом и агроэкологических аспектов проблемы.

Достаточно значимым количественным показателем интенсивности процессов минерализации органического вещества почвы может служить отчуждение (вынос) азота с урожаем сельскохозяйственных культур. Процессы гумусообразования, наоборот, связаны непосредственно с накоплением азота в почве, поэтому величину аккумуляции его в приросте запасов гумуса можно принять за объективный показатель гумификации. Исходя из данных предпосылок, оценку сбалансированности процессов гумификации и минерализации в почвенном блоке агроэкосистемы реально проводить, основываясь на определении агроэкологического параметра - коэффициента биологической утилизации азота удобрений (КNут). Названный показатель подсчитывают как суммы коэффициентов усвоения возделываемыми растениями элемента из удобрения (КN усв) и аккумуляции его в приросте гумуса за ротацию севооборота по отношению к количеству, определяемому перед закладкой опыта (КN ак). Отношение коэффициента усвоения азота удобрений к коэффициенту его аккумуляции (КN усв/КN ак) отражает степень сбалансированности в почве процессов минерализации и гумификации, а значит, и направленность процесса почвообразования за ротацию севооборота. Очевидно, что это отношение наряду с другими показателями может служить объективным экологическим критерием оценки устойчивости высокопродуктивной агроэкосистемы. Степень устойчивости почвенного блока агроэкосистемы определяют по формуле:

Эуст= КN усв/ КN ак

Где Эуст - интегральный показатель экологической устойчивости почвенного блока агроэкосистемы;

КN усв - коэффициент усвоения азота культурами за ротацию севооборота, %;

КN ак - коэффициент аккумуляции азота в приросте гумуса за ротацию севооборота, %.

Величина биологической утилизации азота напрямую связана с особенностями их влияния на эффективное и потенциальное плодородие почвы, а также на урожайность и вынос азота возделываемыми на полях севооборота культурами. Многолетними полевыми опытами установлено, что больше азота удобрений утилизируют растения за ротацию, тем меньше его аккумулируется в ноогумусе и тем выше доля коэффициента усвоения (КN усв) в коэффициенте биоутилизации (КNут). Это особенно наглядно прослеживается, например, при заделке в почву зеленого удобрения, богатого легко минерализирующимся веществами (белки, углеводы и т.д.). обратная зависимость наблюдается при запашке в почву инертного органического вещества - соломы, азот ко торой в гумусных веществах минерализуется медленно. Поэтому в коэффициенте биоутилизации азота соломы основная доля приходится на коэффициент его аккумуляции в приросте гумуса за ротацию севооборота.

Коэффициент биологической утилизации азота удобрений полностью определяется его выносом с урожаем возделываемых в севообороте культур. Систематическое внесение только технического азота ведет к ускорению антиэкологического процесса дегумификации почвы. Применение органических азотных удобрений в отличие от минеральных наряду с улучшением азотного питания культурных растений способствует активизации в почве процессов гумификации, что находит отражение в структуре коэффициента биоутилизации.

Как интегральный количественный показатель, характеризующий влияние внесенных удобрений на процессы минерализации и гумификации. КNут отражает изменение как эффективного. Так и потенциального плодородия почвы. Чем выше биоутилизация на фоне оптимального сочетания процессов гумификации и мине6рализации, тем рациональнее применение азотосодержащих удобрений и меньше химическая нагрузка на окружающую среду.

Однако для объективной агроэкологической оценки эффективности применения азотосодержащих удобрений важно знать не только численное значение Кут, но и соотношение между КN усв и КN ак, что особенно существенно для установления изменений устойчивости почвы. Отношение Кусв : К ак в значительной степени отражает природу взаимосвязи между процессами минерализации и гумификации. Оптимизация этих диаметрально противоположных процессов - актуальная проблема формирования экологических систем земледелия, успешное решение которое позволяет контролировать и целенаправленно воздействовать на экологическое равновесие в почвенном балансе агроэкосистемы. Именно сбалансированность процессов минерализации и гумификации обуславливается, с одной стороны, уровень продуктивности возделываемых культур, а с другой - масштабы воспроизводства контроль за этим постоянно протекающими в почве процессами достаточно значим в экологическом отношении.

Более низкое численное значение отношений КNусв : КN ак характерно для инертного органического вещества, в частности соломы, азот который слабо усваивается культурами и большей частью закрепляется в гумусе. Противоположная картина наблюдается при заделке в почву минеральных удобрений и сидеритов, которые влияют, прежде всего, на процессы минерализации.

Варьирование численного значения рассматриваемого отношения в пределах 0,5…15 вполне приемлемо. Снижение его до значения < 0,5 соответственному уменьшению продуцирующей способности растений. Повышение же его до значений > 15 нецелесообразно по экологическим причинам, поскольку в этом случае используемый показатель отражает значительное снижение воспроизводства гумуса, что в конечном итоге неминуемо ведет к опустыниванию агроэкосистем.

Таким образом, показатель биологической утилизации азота удобрений может служить важным агроэкологическим критерием устойчивости почвенного блока, позволяющим судить и об устойчивости всей агроэкосистемы. Критерии Эуст дает возможность количественно оценить степень сбалансированности в почве диаметрально противоположных процессов - минерализации и гумификации, что исключительно важно для моделирования процессов оптимизации эффективного и потенциального плодородия. Определение оптимальных значений коэффициентов биоутилизации (КNут) и устойчивости (Эуст) вносимого азота удобрений за ротацию в севооборотах должно входить в программу агроэкологического мониторинга в длительных стационарных опытах - полигонах, заложенных в различных почвенно-климатических зонах. Следует отметить, что отношение КNусв : КN ак за ротацию севооборота можно использовать в качестве критерия влияния на экологическую устойчивость почвы и агроэкосистемы не только удобрений, но и различных агротехнических приемов.

Методика определения экологической устойчивости почвенного блока.

Эуст= КN усв/ КN ак

Где : КN усв - коэффициент усвоения растениями из удобрения;

Эуст - степень устойчивости почв блока АЭС;

КN ак - коэффициент аккумуляции азота в приросте гумуса.

Рассчитываем показатели экономической устойчивости почвенного блока:

Звено севооборота: пар - ячмень

1.Общий расход азота на создание 27 ц зерна с гектара - 27*3,6=97,2 кг.

2. Общий расход гумуса - (97,2*100):5=1944 кг/га=1,9 т/га

3. Содержание азота в соломистых остатках - 3500 кг/га биологическая масса соломы; 0,5% - содержание азота в соломе;

(3500*0,5):100=17,5 кг/га

Таким образом, в звене пар - ячмень создается отрицательный баланс азота - 97,2-17,5= -79,7 кг/га.

В целом климатические условия и почвенные условия Усольского района благоприятны для возделывания сельскохозяйственных культур.

Оценивая в целом агроклиматические условия района, несмотря на стабильную и высокую для района продуктивность сенокосов решение проблемы кормопроизводства требует дальнейшего проведения водных мелиораций и 22% культурных пастбищ: под последние использовалась и 1/3 орошаемой пашни. Площадь осушенных земель довольно велика - свыше 5 тыс. га, или 32% областного фонда. Это сенокосы с коренным улучшением.

Результаты подсчетов экологической системы земледелия показали, что данная агроэкосистема характеризуется условно стабильным (КЭСЛ1=1,92) и мало стабильным (КЭСЛ2=0,46).

Результаты подсчетов экологической системы земледелия показали, что данная агроэкосистема в результате эрозии и насыщенности севооборотов техническими культурами происходит активный расход гумуса, а значение Кэз в первом звене (пар-ячмень) - 0,58 свидетельствует о умеренной экологичности используемых систем земледелия. Баланс гумуса отрицательный (79,2). Определение основных показателей и функционирование систем позволяет исследовать происходящие в них внутренние процессы формирование первичной продукции.

4 Перспективная система мероприятий по созданию высокопродуктивных агорэкосистем

4.1 Мероприятия по повышению стабилизации агроландшафтов

Конструктирование агроэкосистем в чистом виде с соблюдением всех заданных параметров и приемов осуществимо лишь при сельскохозяйственном освоении новых территорий, что при современных масштабах вовлечение земель в аграрное производство не имеет существенного практического значения. Примером могут служить распашка земель, окультуривание осушаемых болот и других почв. В используемых же почвах реализация программы конструктирование агроэкосистем подразумевает частичную и конкурентную реконструкцию для сложившихся природно-хозяйственных единиц. Предотвращение негативных процессов, таких как эрозия, дефляция, дегумификация, подкисление, засоление, переувлажнение, загрязнение способствует повышению устойчивости и продуктивности агроэкосистемы.

На первом этапе повышение устойчивости реконструируемой агроэкосистемы осуществляют глобальный, региональный и локальный почвенный мониторинг, включающий системный контроль за физической и биологической деградацией почвы, ее загрязнением и питательным режимом, начиная от источников воздействия и реакцией отдельных ее компонентов, а также за общим состоянием окружающей среды. На втором этапе осуществляют рекультивацию нарушаемых засоленных и загрязненных почв, преобразование рельефа и другие мероприятия. Одновременно видоизменяют структуру севооборотов, системы удобрения и защиты культур от вредителей и болезней, используют более мелкие агротехнические операции.

Ограничение эрозионных процессов в реконструктивных агроэкосистемах, с достаточной эффективностью можно осуществить лишь на ландшафтно-биосферном уровне, путем создания эрозионно-устойчивых ландшафтов на основе комплексного учета показателей гидрологического режима почв, морфологии, генезиса, эрозионного рельефа, пространственно-временной изменчивости противоэрозионной стойкости почв, включение антропогенного фактора в развитие ландшафтов на разных стадиях их хозяйственного освоения. Основными гидротехническими, агротехническими, технологическими мероприятиями по созданию эрозионно-устойчивых ландшафтов является регулирование поверхностного стока, планировка поверхности, посев многолетних трав и промежуточных культур, создание контурных буферных полос, сохранение на поверхности почвы растительных остатков и оптимизация противодефляционной способности растений.

Так как в предложенном по заданию хозяйстве агроландшафт является мало стабильным, поэтому необходимо провести мероприятия по стабилизации агроэкосистем:

1. Посадку многолетних трав.

2. Посадку лесов.

3. Перевод нестабильных агроэкосистем в стабильные.

Поэтому для повышения стабилизации агроландшафтов в хозяйстве производим трансформацию земель.

Были проведены следующие преобразования: из пашни в сенокосы 500 га (из них паров 100, из кормовых 200, из зерновых 300). Также в сенокосы были переведены болота (осушение) 49 га и прочие 74 га. В пастбища были переведены прочие земли 100 га, в многолетние травы из кормовых 250 га и однолетние травы 100 га.

Трансформация земельных угодий

Нестабильные элементы: Стабильные элементы:

Пашня 3162 га Сенокосы 1041 га

Приусадебные участки 258 га Пастбища 180 га

Дороги 29 га Лес 7400 га

Прочие 0 га. Болота 0 га.

3449 га 8621 га

Всего: 12070

КЭСЛ - коэффициент экологической стабилизации.

Где, fi-площадь биотического элемента;

Кэз- коэффициент, характеризующий экологическое значение отдельных биотических элементов;

Кr- коэффициент геолого-морфологической устойчивости рельефа;

Ft- площадь всей территории ландшафта.

КЭСЛ2= (3162*0,14)+(1041*0,62)+(180*0,68)+(7400*0,63)+(258*0)+(29*0)+(0*0,79)+(0*0):12070=0,49.

По результатам подсчетов КЭСЛ1=2,5 данная агросистема состояние условно стабильное, КЭСЛ2=0,49. Значит мероприятия по переводу пашни в стабильные агроландшафты привели к положительном результатам.

4.2 Мероприятия по повышению экологичности систем земледелия

При экологической системе земледелия допускается строго ограниченное использование пестицидов, чаще в виде санитарных (локальных) мер на очагах размножения вредителей и болезней. С большой осторожностью относятся также к применению минеральных удобрений, ограничивая их дозы, особенно легкорастворимых форм и в жидком виде.

При любых альтернативных системах земледелия важно внесение в почву глинистого материала, обогащенного высокодисперсными минеральными (монтмориллонит). Это объясняется тем, что в почвах, не содержащих монтмориллонита, органического вещества и продукты его разложения находятся в состоянии механической примеси и поэтому легко выносятся. Интенсивность разрушения превышает накопление органического вещества. При наличии монтмориллонита связь органической и неорганической составляющих почвы становится более тесной и прочной, так как органические молекулы вместе с водой входят в состав ППК.

В интенсивном земледелии повышение урожайности культур обеспечивается благодаря эффективному использованию средств химизации, биологических способов защиты растений, мелиоративных приемов, внедрению прогрессивных технологий, учитывающих зональную почвенно-экологическую специфику, что в конечном счете способствует повышению плодородия почв и охране агроландшафтов от загрязнения и деградации.

Сейчас пришли к новому типу современного земледелия - адаптивный, под которым понимают экологическую дифференциацию агротехнологии, направляемую на достижение высокой степени соответствия аграрных форм деятельности природным механизмом саморегуляции экосистем путем оптимизации или компенсации внешних и внутренних факторов и свойств, лимитирующих развитие продуцентов агроэкосистем.

Рассчитываем экологичности системы земледелия в звене севооборота:

люцерна-пшеница:

За счет введения в севооборот многолетней культуры повысилась экологичности системы земледелия Кэз = 1,35.

4.3 Мероприятия по повышению экологической устойчивости почвенного блока

Почвенный блок будет устойчивым при положительном балансе гумуса. Органическому веществу почвы отводится центральное место в решении проблемы повышения продуктивности агрофитоценозов. Общепризнанная роль органического вещества в формировании почвенного плодородия, снабжение энергетическим материалом микробиоты, снижению токсических последствий химического загрязнения почв, повышении устойчивости земледелия при неблагоприятных погодных условиях.

Все органические соединения почвы делятся на группы: консервативных устойчивых веществ и на группу лабильных соединений.

Основные источники поступления органических веществ в почву: навоз, торф, сидераты, солома, пожнивные остатки. Высокое значении нужно уделить поступлению биологического азота в почву за счет бобовых культур. Так как применение минеральных удобрений негативно влияет на окружающую среду, на те или иные компоненты агроценозов загрязнения почв, поверхностных и грунтовых вод, усилению эвтрофированности водоемов, уплотнение почвы и т.д. процессы гумусообразования связаны с накоплением азота в почве.

Рассчитаем показатель экологической устойчивости почвенного блока для звена севооборота: галега - ячмень

1.Приход органического вещества с корневыми и пожнивными остатками 183,4 т/га.

2. Приход в звене составит 33,6 кг/га

3. Содержание азота в растительных остатках галеги составляет 4,5%.

4. Таким образом, в звене галега - ячмень создается положительный баланс азота (33,6+17,5)-97,2=46,1 кг/га

Выводы:

Разработанные системы мероприятий по созданию высокопродуктивных АЭС привели к положительным результатам:

1. Коэффициент экологической стабилизации агроландшафта т.е. КЭСЛ1=2,5состояние стабильное. КЭСЛ2=0,49 состояние мало стабильное.

2. Повышение экологичности системы земледелия за счет введения в севооборот многолетних трав (люцерна). Экологичность системы земледелия составила 1,35-достаточно экологическая система земледелия.

3. Повысилась устойчивость почвенного блока, так же счет введения в севооборот галеги, благодаря чему сложился положительный баланс гумуса - 46,1 кг/га.

Заключение

Несмотря на относительно высокое естественное плодородие почв, необходимы меры по его поддержанию и повышению. Особенно это важно для орошаемых территорий и почв, нарушенных эрозионными процессами. Эродированные и эрозионно-опасные земли составляют 37% к площади всех сельхозугодий, в том числе - более 54% - пашня. Недостаток летнего увлажнения определяет преобладающую роль дефляции по сравнению с водной эрозией; она охватывает в 8 раз большую площадь, чем плоскостной смыв.

Наряду с внедрением противоэрозионной системы обработки земли, созданием полезащитных полос необходимо внесение повышенных норм удобрений на эродированные и орошаемые почвы. При этом важно соблюдать ряд санитарно-гигиенических требований, которые будут снижать опасность загрязнения почв, поверхностных вод, атмосферного воздуха. Удобрения, ядохимикаты, отходы таких крупных сельскохозяйственных комплексов как птицефабрика, свинокомбинат, ферму крупного рогатого скота, теплично-парниковое хозяйство, комбикормовой завод, являются источниками биогенных веществ антропогенного происхождения с сельхозугодий дают максимальное для области значение.

Перевод промышленных предприятий на экологически безопасное производство, рациональное ведение сельского и лесного хозяйства, обустройство водоохраны и комплексных защитных зон, кедровников, охотничье-промысловых угодий, в конечном итоге - проектирование и создание культурных ландшафтов - все это должно явиться стратегией долгосрочного природопользования.

Список использованных источников

1. Банников А. Г. Основы экологии и охрана среды. / -4-ое изд., перераб. И доп. - М.: Колос, 1999. - 304 с.

2. Кирюшин В. И. Экологические основы земледелия. - М.: Колос, 1996. - 367 с.

3. Уразаев Н. А. Сельскохозяйственная экология. -М.: Колос, 2000. -304 с.

4. Черников В. А. Агроэкология. - М.: Колос, 2000. - 536 с.

5. Хуснидинов Ш. К., Кудрявцева Т. Г., Мартемьянова А. А. Методические указания по проведению лабораторно- практических занятий по курсу «Сельскохозяйственная экология».- Иркутск, 2008. -55с

Страницы: 1, 2, 3