Изложение лекций по курсу «Агроэколоия»



жүктеу 2.17 Mb.
бет1/19
Дата18.04.2016
өлшемі2.17 Mb.
  1   2   3   4   5   6   7   8   9   ...   19
Международный независимый эколого-политологический университет

А Г Р О Э К О Л О Г И Я

Савич В.И.

Краткое изложение лекций по курсу «Агроэколоия»


1. Закономерности устойчивости почв к деградации под влиянием

сельскохозяйственного использования

Источники загрязнения экосистем и факторы их деградации, связанные с

ведением сельскохозяйственного производства

По Райкину Э.Дж., агроэкосистемы включают экологические, экономические и социальные компоненты. Следует выделять влияние с/х производства на экологическое состояние компонентов биогеоценозов и влияние антропогенного воздействия на сельскохозяйственное производство и биопродуктивность земель. Сельское хозяйство является могучим фактором воздействия человека на природную среду, формируются агрономические экосистемы. Человек постоянно воздействует на них с помощью мелиорации, удобрения, агротехники, применения химических средств защиты растений, введения в культуру новых высокопродуктивных сортов и т.д. Познав законы природы, используя современные науки: мелиорацию, почвоведение, агрохимию, земледелие, селекцию, генетику и др. - человек сознательно воздействует на механизмы и процессы, протекающие в биосфере. При разумном, научно-обоснованном подходе продуктивность агрономических экосистем повышается, сохраняется и улучшается биосфера (Минеев В.Г.).

Однако, за весь период сельскохозяйственной деятельности в мире потеряно 2 млрд. га земель, что значительно превышает существующую площадь пашни в 1,5 мдрд. га. Современные, практически необратимые потери продуктивных земель в 30 раз выше среднеисторических и в 2,5 раза выше, чем за последние 300 лет (Почвенно-экологический мониторинг, 1994). По современным оценкам 1.2 млрд. га сельскохозяйственных угодий находится в состоянии деградации. Согласно данным ФАО, общие потери с/х земель от деградации составляют 6,7 млн. га ежегодно. Площадь лесов в мире ежегодно сокращается на 18 млн. га.

Современная интенсивная технология возделывания сельскохозяйственных культур достигла предела в экологическом, энергетическом и продукционном аспектах. Дальнейшая индустриализация земледелия влечет за собой резкое ухудшение окружающей среды и подавление механизмов ее саморегулирования, экспоненциальный рост затрат невосполнимой энергии на каждую дополнительную единицу продукции (Гордеев А.М.). Академик Соколов Б.С. считает, что «человек вплотную подошел к гибельной ловушке, созданной им же самим. Экологическая катастрофа стала большей реальностью, чем ядерная война. Это должно стать главным мотивом нового мирового мышления. Академик Моисеев Н.Н. предупреждает, что «экологический кризис грядет неумолимо – он уже на пороге. Конечно, законы самоорганизации срабатывают и сами по себе, но это будет связано с ожесточенной борьбой за ресурсы, за место под Солнцем, с кровью и гибелью множества людей и даже целых цивилизаций».

Тревожная ситуация нашего конфликта с природой существовала давно. Энгельс Ф. отмечал: «На каждом шагу факты напоминают нам о том, что мы, отнюдь, не властвуем над природой так, как завоеватель властвует над чужим народом, не властвуем над ней так, как кто-либо, находящийся вне природы, - что мы, наоборот, нашей плотью, кровью и мозгом принадлежим ей и находимся внутри нее, что все наше господство над ней состоит в том, что мы, в отличие от всех других существ, умеем познавать ее законы и правильно их применять». Однако, человечество пока не нашло приемлемых решений данной проблемы и не скорректировало свое отношение с природой для обеспечения жизни следующих поколений.

Деградация агрофитоценозов и ухудшение экологической ситуации при ведении сельскохозяйственного производства, в первую очередь, обусловлены распашкой территории выше допустимых пределов, неграмотным осушением и орошением, избыточным применением удобрений, мелиорантов, средств защиты растений, биологически активных продуктов, разрушением почв под влиянием механических обработок, поступлением в почву отходов сельскохозяйственного производства и сельских поселений, нефтепродуктов и отходов переработки сельскохозяйственной продукции. При ведении сельскохозяйственного производства отмечаются нарушения почв, вод, приземного слоя воздуха, растительного покрова, биоты, ландшафта. Происходит изменение свойств, процессов и режимов, трофических цепей, саморазвития и саморегулирования систем и подсистем, связанных с изменением аккумуляции, трансформации и миграции вещества, энергии и информации. Ниже приведены примеры негативного влияния на экологическое состояние агрофитоценозов отдельных факторов, связанных с сельскохозяйственным использованием почв.



Загрязнение почв тяжелыми металлами

В агрофитоценозы мышьяк поступает с ядохимикатами, с фосфорными удобрениями, с азотными удобрениями. Кадмий поступает в почву при орошении сточными водами, при внесении фосфорных удобрений, при сжигании топлива на ТЭЦ, с выбросами автотранспорта. Ртуть поступает в агрофитоценозы со сточными водами, с пестицидами. Селен поступает в почву, в основном, с органическими удобрениями и при орошении сточными водами. Фтор, в основном, поступает с фосфорными удобрениями, а свинец со сточными водами, с известковыми удобрениями, с фосфорными удобрениями, с выбросами автотранспорта (таблица 1 ),

Таблица 1

Сельскохозяйственные источники загрязнения почв тяжелыми металлами

Эле- :Орошение сточ- :Фосфатные :Известковые :Азотные :Органические: Пестициды

мент :ными водами :удобрения :удобрения :удобрения :удобрения :

As 2-26 2-1200 0,1-24 2,2-120 3-25 22-60

Cd 2-1500 0,1-170 0,04-0,1 0,05-8,5 0,3-0,8 -

Co 2-260 1-12 0,4-3,0 5,4-12 0,3-24 -

Cr 20-40000 66-245 10-15 3,2-19 5,2-55 -

Cu 50-3300 1-300 2-125 1-15 2-60 12-50

F 2-740 8500-38000 300 - 7 18-45

Hg 0,1-55 0,01-1,2 0,05 0,3-2,9 0,09-0,2 0,8-42

Mn 60-3900 40-2000 40-1200 - 30-550 -

Mo 1-40 0,1-60 0,1-15 1-7 0,05-3 -

Ni 16-5300 7-38 10-20 7-34 7,8-30 -

Pb 50-3000 7-225 20-1250 2-27 6,6-15 60

Se 2-9 0,5-25 0,08-0,1 - 2,4 -

Sn 40-700 3-19 0,5-4,0 1,4-16,0 3,8 -

Zn 700-40000 50-1450 10-450 1-42 15-250 1,3-25



Факторы деградации агрофитоценозов под влиянием механизации

Важнейшие составляющие производственного цикла в сельском хозяйстве – это вспашка, посев, обработка, уборка и переработка сельскохозяйственной продукции. По Левину А.Б. и Мурусидзе Д.Н., при использовании механизации возникают, в основном, следующие неблагоприятные для агрофитоценозов последствия: 1. При использовании мобильных энергетических средств – химическое, механическое и акустическое загрязнение атмосферы; загрязнение окружающей среды жидкими нефтепродуктами; уплотняющее и разрушающее действие на почву в результате давления, динамического воздействия и вибрации. 2. При обработке почвы – развитие водной, ветровой и технической эрозии; образование плужной подошвы; увеличение тягового усилия, в результате уплотнения почвы. 3. При внесении удобрений, мелиорантов и средств защиты растений – загрязнение воды и почвы химическими веществами и болезнетворными организмами; отрицательное воздействие пестицидов на экологические системы. 4. При возделывании и уборке корне- и клубнеплодов – развитие эрозии, уплотнение плодородного слоя почвы, вынос земли с поля с продукцией; повреждение клубней и связанные с этим потери с/х продукции при хранении. 5. При уборке зерновых и кормовых культур – улучшение условий питания для вредителей, в связи с потерей части продукции; потери зеленой массы при ее погрузке, дробление и травмирование зерна, гибель животных под машинами. 6. При сушке, очистке сортировке и хранении зерна и семян, при получении травяной муки возможны следующие негативные влияния на экологическую систему – загрязнение окружающей среды токсичными газами в процессе сушки, получение недостаточно чистого посевного материала и засорение посевов; повреждение зерна и потери продукции при хранении. 7. При эксплуатации машинотракторного парка отмечаются следующие негативные влияния на экологическое состояние агрофитоценозов – загрязнение окружающей среды металлопродукцией, нефтепродуктами, механическое нарушение почв. 8. При проведении мелиораций происходит уничтожение плодородного слоя почв, эрозия, переувлажнение и переосушение. 9. При механизации производственных процессов в животноводстве отмечается загрязнение и заражение окружающей среды навозом, загрязнение среды при промывке оборудования и корнеплодов для корма, загрязнение воздушного бассейна газами, образующимися в процессе жизнедеятельности животных и разложения навоза.

Значимость указанных негативных явлений иллюстрируют следующие факты: общие потери почвы с продукцией и на рабочих органах с/х машин достигают 16%, в дождливую погоду отчуждается с поля до 4 т/га почв. Согласно данным Рабочева И.С., ежегодный суммарный унос почвы с поля составляет по России 1,5 млрд. тонн. Оптимальная плотность почвы составляет 1,0-1,2 г/см3, а при уплотнении за счет сельскохозяйственной техники возрастает у суглинистых почв на 0,1-0,3 г/см3. По данным Рабочего И.С., допустимые нагрузки на почву при летних и осенних работах не должны превышать 0,4-0,6 кг/см2, при влажности не более 60% от ПВ – 1,0-1,5 кг/см2. Фактическое же давление колесных тракторов составляет 0,85-1,65 кг/см2, гусеничных – 0,6-0,8; прицепов – 3,0-4,0; зерноуборочных комбайнов – 1,8-2,4 кг/см2. Ежегодные потери от уплотнения почвы приводят к снижению урожая зерновых на 20%, картофеля на 40-50%. В США ежегодные потери от уплотнения почвы оцениваются в 1,2 млрд. долларов.

Уплотнение почв приводит к значительному увеличению ее удельного сопротивления, определяющего производительность труда, расход топлива и смазочных материалов. По данным Курочкина К.И., воздействие на почву гусеничным трактором К-700 приводит к увеличению удельного сопротивления почв на 16-25%, а автомобильным транспортным агрегатом (2-3 прицепа) на 72-90%. Считается, что в СНГ перерасход топлива, за счет увеличения удельного сопротивления почв, достигает 1 млн. т/год.

Сельскохозяйственный сектор потребляет до 40% от общего потребления нефтепродуктов. Отработанные газы представляют значительную экологическую опасность. Основной вклад в экологический ущерб от сжигания топлива у карбюраторных двигателей внутреннего сгорания вносит свинец (96%). Экологический ущерб от сжигания топлива в дизельных двигателей внутреннего сгорания обусловлен сажей, бенз(а)пиреном, оксидами азота (Боева, Мосина Л.В.).

Влияние на состояние экосистем животноводческих комплексов

Животноводческие комплексы становятся мощным фактором воздействия на окружающую среду в результате накопления в них огромного количества бесподстилочного навоза и навозных стоков. Микробное и общее загрязнение в районе расположения таких комплексов в 8-10 раз превышает естественный фон. Содержание нитратов в кормах доходит до 8000мг/кг; в водах - до 100 мг/л. При этом, годовой выход навоза на многих фермах промышленного типа составляет, в среднем, 25,5 тыс. тонн на 1 тысячу голов. Из одного комплекса промышленного типа по выращиванию и откорму свиней с производительностью 150 тыс. голов суточный выход экскрементов и сточных вод составляет 2000-4000 м3.

Проблема состоит в утилизации такого огромного количества навоза и воды. Перевозить их на большие расстояния невыгодно. Осаждение твердой фракции и очистка вод для сброса связаны с большими экономическими затратами. Избыточное количество навоза, внесенного в почву, приводит не только к избытку в почве азота, частично фосфора и калия, но значительно ухудшает физические свойства, уменьшает содержание в ней кислорода. Одновременно с экскрементами в почву попадают в токсичных концентрациях и другие соединения – NaCl из корма свиней, биостимуляторы, каустическая сода для очистки помещений, средства борьбы с вредителями, мышьяк и медь, добавляемые в корм птицам и т.д. При этом указанные соединения в значительном количестве мигрируют в грунтовые воды и реки.

При стойловом содержании скота используют следующие технологические схемы утилизации навоза: многоступенчатую очистку, использование стоков для производства торфокомпостных смесей, очистку стоков с помощью прудовых накопителей и навозохранилищ, самоочищение и утилизацию в естественных водоемах, анаэробную переработку на газ или для удаления запаха и инактивации патогенной микрофлоры и семян сорных растений.



Нарушение экологической ситуации в агрофитоценозах под влиянием

селитебных территорий

Население России проживает в 1087 городах и 2022 поселках городского типа. Сельское население составляет 39,9 млн. человек (27% от общего числа жителей). Из общего числа негативных экологических явлений в селах и прилегающих к ним территориях приходится на строительную деятельность и личное подсобное хозяйство 20%, хозяйственно-бытовую среду – 19,5%, животноводство – 15%, транспорт, сельскохозяйственную технику и местную промышленность – 14%, земледельческую деятельность – 11%, рекреацию – 0,5% (Мурусаева С.А.). Негативные экологические явления в селах и прилегающих к ним территориях, по данным указанного автора, в порядке убывания доли их в формировании экологического неблагополучия распределены в следующем порядке: загрязнение хозяйственно-бытовыми отходами и навозом пастбищ, лесов, водоемов, оврагов, понижений; нарушение земель карьерами, транспортом; истощение пастбищ; загрязнение территории сел навозом и мусором; выпас скота в лесу; неорганизованные свалки строительного мусора; неупорядоченное движение техники; неснятие плодородного слоя при строительных работах; растекание навозной жижи; химизация; загрязнение почвы нефтепродуктами; навоз ферм на свалках мусора; неприятные запахи различных производств; отсутствие или ненадежная работа очистных сооружений; смыв нечистот в овраги и балки; опахивание сел и водоемов; затопление лугов и пастбищ; бесконтрольное строительство плотин, низкий уровень благоустройства сел; летние лагеря вблизи водоемов; разливы грязных стоков по селу; засорение отдыхающими мест отдыха и развлечений; бесконтрольный сбор грибов и ягод; нерегулируемые прогоны скота по селу; выход хоздворов усадеб к водоемам; отсутствие водоохранных насаждений; трупы павших животных у ферм; распашка низкопродуктивных угодий; истощение водоемов в результате поливов; стоки излишков поливной воды в водоемы; распашка водосборных территорий; опахивание лесных массивов и лесополос; изрезанность территории линиями электропередач; нарушение правил хранения минеральных удобрений и ядохимикатов; нарушение правил водозабора; водопой скота непосредственно из водоемов; вырубка леса у сел; нарушение стока поверхностных вод. Согласно экспертной оценке автора, более 90% названных негативных экологических последствий – есть результат производственной деятельности. Из низ 55% связаны непосредственно с загрязнением окружающей среды; 45% - с истощением, деградацией и нерациональным использованием природных ресурсов.

Более подробно факторы деградации сельскохозяйственных экосистем изложены в соответствующих разделах работы.

Агроэкологические проблемы и противоречия при ведении сельско-

хозяйственного производства

Следует выделить, в первую очередь, следующие проблемы экологического характера, возникающие при сельскохозяйственном использовании земель: потеря плодородия почв, загрязнение водной и воздушной среды; ухудшение качества с/х продукции и ее загрязнение токсикантами; негативные изменения поверхности почв и ландшафта, изменение микроклимата, потоков вещества и энергии, уменьшение разнообразия видов растительных и животных организмов; нарушение трофических связей в агрофитоценозе и биогеоценозе; нарушение процессов саморегулирования и саморазвития в экосистеме; нарушение генетического кода в живых организмах экосистемы. Все вышеизложенное приводит и к негативному влиянию на здоровье человека, его психическое состояние, работоспособность, продолжительность жизни. В конечном итоге, нарушения экологического характера приводят к экологическим потерям, связанным с меньшей продуктивностью угодий, с дополнительными затратами на сохранение сельскохозяйственной продукции, с дополнительными затратами на сохранение плодородия почв, на их обработку; с меньшей экономической эффективностью вкладываемых средств; с дополнительными затратами на очистку воздуха, воды; на получение добавочного количества кислорода; с затратами по сохранению здоровья населения, связанными с меньшей работоспособностью, с меньшей продолжительностью жизни и т.д.; с затратами, обусловленными преждевременным износом зданий, технических средств, в связи с коррозией их под действием загрязненного воздуха и вод.

Большинство экологических проблем носит интернациональный характер. Это относится и к проблемам агроэкологии. Миграция удобрений, мелиорантов, тяжелых металлов, ядохимикатов в грунтовые воды, в реки оказывает влияние на большие регионы. Химический и биохимический состав растительной продукции при транспортировке ее в различные регионы мира оказывает влияние на экологическую ситуацию и в районах потребления. Миграция в воздушную среду из сельскохозяйственных угодий углекислого газа, недоокисленных соединений азота, сероводорода, аммиака, метана, ацетилена не знает границ. Изменение, в результате распашки земель, образования кислорода, микроклимата, развитие водной и ветровой эрозии, осушение и орошение сопровождаются не только существенными изменениями биопродуктивности в одном регионе, но и имеют глобальные последствия.

Сущность экологических противоречий в сельскохозяйственном производстве состоит в следующем: 1) массовое вовлечение в активный сельскохозяйственный оборот земель в сухостепной и полупустынной зонах привело к обсыханию территорий, развитию загрязнения, дегумификации, антропогенной аридизации; 2) расширение посевов зерновых, в связи с большой долей пара, привело к усилению нагрузки на пастбища, их дегрессии на больших площадях; 3) искусственное смещение границы рискованного земледелия на юг подорвало местное животноводство, усилило контрастность почвенного покрова; 4) нерациональная по масштабам распашка солонцовых, засоленных, различных литогенных и других неблагоприятных для земледелия почв привела к их, частично необратимым, изменениям; 5) экстенсивное орошение и осушение в погоне за «освоением» площадей способствовало из заболачиванию, засолению, осолонцеванию; 6) создание крупных животноводческих комплексов усугубило проблему утилизации отходов животноводства; в ряде случаев навоз превратился из удобрения в источник загрязнения (Кирюшин В.И.); 7) в связи с увеличением степени химизации сельскохозяйственного производства и отсутствием надежных методов расчета взаимодействия удобрений и мелиорантов с почвой усилилось скрытое отрицательное действие удобрений и мелиорантов, средств защиты растений на воду, воздух, почву, растения, биоту и животный мир; 8) при усилении интенсификации производства в большей степени стали проявляться негативные последствия отсутствия должной научной базы по расчету равновесий в системе почва – растение - среда, по моделированию и прогнозу эволюции почв при их сельскохозяйственном использовании; 9) в значительной степени агроэкологические противоречия в сельскохозяйственном производстве обусловлены отсутствием экономических рычагов, направленных на повышение плодородия почв, сохранение экологического равновесия, улучшение качества сельскохозяйственной продукции.

Экологические издержки экстенсивного земледелия связаны с несовершенством структуры посевных площадей, в нерациональных размещением культур, с шаблонной организацией территорий и севооборотов; с технологической отсталостью, с разрушающим воздействием на почвы тяжелой техники, с неграмотным применением удобрений и ядохимикатов.

2. Экологические функции почвы, экологическое значение

почвенных процессов и режимов

Экологически функции почв

Экологические функции почв обусловлены их свойствами, процессами и режимами, взаимосвязью почв с другими компонентами экологической системы. При этом специфика проявления экологических функций почв, в значительной степени обусловлена тем, что почва является биокосным телом, обменивающимся веществом, энергией и информацией с внешней средой. Биосфера Земли – открытая, сложная, многокомпонентная, саморегулирующаяся, связанная с Космосом система живого вещества и минеральных соединений, образующая внешнюю оболочку планеты. Биогеоценоз – это взаимообусловленный комплекс живых и косных компонентов, связанных между собой обменом вещества и энергии. Биогеоценоз относительно устойчив во времени и термодинамически открыт в отношении прироста и оттока вещества и энергии. Почва является составным компонентом биогеоценоза или для почв, используемых в сельскохозяйственном производстве – агрофитоценоза.

«Биокосные тела осуществляют связь между автотрофами (растениями) и гетеротрофами (животными, микроорганизмами). Они являются ареной биохимических реакций. Для биокосных тел, в отличие от геологических, характерно широкое распространение изоморфных замещений в кристаллической решетке минералов, формирование химических «смесей», взаимодействие которых в смеси с другими компонентами, резко отличается от реакции «чистых» компонентов смесей. Биокосные тела – санитары планеты, благоприятствующие жизни на планете» (Карпачевский Л.О., 1993).

Рассматривая функции почвы, как целостные, как работу всей почвы, следует учитывать, что разные почвенные фазы играют в осуществлении функции неодинаковую роль. Две основные функции почвы в биогеоценозе характерны для почвы, в первую очередь: экологическая и биогеохимическая. Эти группы функций можно разделить на ряд более конкретных функций (Карпачевский Л.О., 1993). Автор отмечает экологические функции почвы, как жизненного пространства, как механической опоры, как хранителя семян, как хранителя воды и питательных веществ, как депо ферментов. Почва представляет собой достаточно жесткую механическую буферную систему, препятствующую механическому повреждению корней, животных, обитающих в почве. К такой же защитной функции почвы следует отнести ее химическую буферность, буферность в отношении температуры и влажности. Почва дезактивирует ряд токсичных веществ, поступающих или даже образующихся в почве разными путями. В меньшей степени изучены такие показатели, как информационные функции почв, функции почв, как памяти биогеоценозов, как сигнала и пускового механизма для ряда сукцессий. Карпачевский Л.О. (1993) отмечает, что биогеохимические функции почв включают такие группы функций как аккумуляция органических и других соединений, трансформация веществ, движение веществ в почве, стимуляция и ингибирование растений и животных в почве, биогеоценозе.

У других исследователей принципы выделения экологических функций почв несколько отличаются. По Добровольскому Г.В. и Никитину Е.Д. (1990) выделяются следующие основные экологические функции почв: 1) обеспечение жизни на Земле, обусловленное плодородием почв; 2) регулирование всех потоков вещества в биосфере; 3) регулирование состава атмосферы и гидросферы; 4) накопление в поверхностной части коры выветривания, в почвенных органогенных горизонтах специфического органического вещества – гумуса и связанной с ним химической энергии; 5) защитная роль почвы по отношению к литосфере; 6) генерирование и сохранение биологического разнообразия. В соответствии с обобщением Розанова А.Б. и Розанова Б.Г., почва является полупроницаемой земной оболочкой, функционально аналогичной мембранам, способной избирательно отражать, поглощать и трансформировать энергетические и вещественные потоки между внутренними и внешними оболочками Земли. Она является регулирующим механизмом взаимодействия между биотой, литосферой, гидросферой и атмосферой в пределах биосферы планеты.

Главная функция почвы – это обеспечение жизни на Земле – обеспечение растений необходимыми факторами жизни. Эта глобальная функция почвы характеризуется понятием плодородия.

Вторая глобальная функция почвы – это обеспечение постоянного взаимодействия большого геологического и малого биологического круговорота веществ на земной поверхности. Она является регулятором в качестве биомембраны и в качестве аккумулятора биофилов.

Третья глобальная функция почвы – это регулирование состава атмосферы и гидросферы, что осуществляется, благодаря высокой пористости почв, ее емкости поглощения, насыщенности живыми организмами, селективности.

Четвертая функция почвы – это регулирование биосферных процессов, в частности, плотности и продуктивности организмов на поверхности суши и в мелководьях, поскольку почва обладает не только плодородием, но и лимитирующими факторами.

Пятая функция почвы – накопление на земной поверхности специфического активного органического вещества – гумуса – и связанной с ним химической энергии.

Шестая глобальная функция почвы – это ее защитная роль по отношению к литосфере. Почва планеты – это не только геомембрана, но одновременно и «кожа» планеты», защищающая литосферу от слишком сильного воздействия экзогенных факторов и от разрушения.

Рэуце К. и др. (1986) отмечает две наиболее важные экологические функции почвы. Эти функции состоят в непрерывном процессе фотосинтеза, накоплении, преобразовании и перераспределении солнечной энергии; в поддержании глобального круговорота химических элементов, особенно важных для биофизических и биохимических процессов. По мнению авторов, накопление, превращение, разложение и минерализация органического вещества, накопление и перераспределение энергии живыми организмами, селективная сорбция химических элементов и их концентрирование в почве и в воде – основные функции для систем организма почвы.

  1   2   3   4   5   6   7   8   9   ...   19


©netref.ru 2016
әкімшілігінің қараңыз

    Басты бет