Министерство сельского хозяйства ипродовольствия Российской Федерации
Иркутская ГосударственнаяСельскохозяйственная Академия
Кафедра сельскохозяйственнойэкологии
Курсовая работа
Тема: Разработка системымероприятий по созданию высокопродуктивных устойчивых агроэкосистем в хозяйствеОАО «Парижская Коммуна» Тулунского района
Выполнила: Симакова А.А. студентка 4 курса 2-ой группы
агрономического факультета
Проверил: академик РАЕ,
доктор с.х. наук, профессор Хуснидинов Ш.К.
Иркутск
2010
Содержание
Задание
Введение
1 Характеристика абиотических условий
2 Эдафические условия района
3 Оценка современного состояния агроэкосистемхозяйства
3.1 Экологическая оценка агроландшафтов
3.2 Оценка экологичности системы земледелия
3.3 Оценка экологической устойчивостипочвенного блока
3.4 Проблема биологического азота
4 Перспективная система мероприятий посозданию высокопродуктивных устойчивых агроэкосистем
4.1 Мероприятия по стабилизации ландшафтов и агроландшафтов
4.2 Мероприятия по повышению экологичностисистемы земледелия
4.3 Мероприятия по повышению экологическойустойчивости почвенного блока
4.4 Резервное использование биологическогоазота
5Мероприятия по производству экологически безопасной продукции растениеводства
Заключение
Список использованныхисточников
ЗАДАНИЕ
Тулунский район. Хозяйство ОАО «ПарижскаяКоммуна»
Землепользование
Таблица 1Общая земельная площадь, га 21120 В том числе с/х угодий 9746 Пашня 9188 Сенокосы 28 Пастбища 530 Лес 11176 Пруды и водоемы 22 Приусадебные участки 76 Дороги 100
Структура посевных площадей
Таблица 2Пашни 9188 Пары 6276 Всего посевов 2916 Зерновые 1351 Картофель 90 Кормовые 1475 Корнеплоды 50 Кукуруза 300 Силосные 235 Многолетние травы 588 Однолетние травы 302
Урожайность
Таблица 3Зерновые 34,2 Картофель 150 Овощи – Корнеплоды 150 Многолетние травы на сено 20,8 Однолетние травы на сено 20,2 Кукуруза 468,9 Силосные 200
Введение
Сельскохозяйственная экология – наука офакторах внешней среды, их влиянии на организмы культивируемых растений иживотных, о природных комплексах, преобразованных деятельностью человека дляпроизводства экологически чистой продукции растениеводства и животноводства.
Развитие сельскохозяйственной экологиипроходило неравномерно. В первой половине текущего столетия были достигнутыбольшие успехи в изучении влияния условий среды на рост и развитие культурныхрастений, урожайность сельскохозяйственных культур. В середине столетия в общейи, в частности, в сельскохозяйственной экологии стали преобладать системныеисследования. Появились фундаментальные работы по изучению аграрных ландшафтов,агробиоценозов, пастбищных и ферменных биогеоценозов.
История развития сельского хозяйствахарактеризуется главным образом стремлением получить как можно более высокиеурожай культивируемых растений. На смену малоурожайных культур и сортов пришлиновые, более продуктивные. В ходе искусственного отбора и селекции выведенысорта растений с максимальной долей полезной для человека продукции (зерна,плодов, клубней и т.д.).
Развитие сельского хозяйства породила такиенегативные явления, как деградация почв, загрязнения среды, ухудшение качествапроизводимой продукции, появление ряда новых болезней растений, животных илюдей.
Возникла необходимость экологизации сельскогохозяйства. Для достижения экологической устойчивости и сохраненияприродно-ресурсного потенциала требуется не только осуществить экологизациюпроизводственной деятельности человека, но и обеспечить охрану природныхжизнеобеспечивающих систем. Для этого необходима система мер по предотвращению ихзагрязнения, поддержанию целостности и восстановлению. Решение этой задачи – нечто иное, как возврат долгов природе и введение социально-экономическогоразвития в экологически безопасное русло, определенное возможностямиприродно-ресурсного потенциала регионов, емкостью ландшафтов, т.е. способностьюих принять и трансформировать определенное количество вещества и энергии приустойчивом функционировании.
Цели агроэкологии: обеспечение устойчивогопроизводства качественной биологической продукции, максимальное использованиеприродного биоэнергетического потенциала агроэкосистем, сохранение ивоспроизводство природно-ресурсной базы аграрного сектора, исключение иминимизация негативного воздействия на окружающую природную среду.
1 Характеристика абиотических условий
Тулунский район расположен на Западе Иркутской области. Площадь района –13,5 тыс. км², центр – г. Тулун.
Среднегодовая температура воздуха изменяется от -1,8 до -3,5º.Температуры января и июля, соответственно находятся в пределах от – 20,5 до-22,8 и от 15,1 до 17,3º, причем самые низкие значения температур имеютместо в горной части Восточного Саяна. Сумма активных температур воздухадостигает 1434-1546º в центральной части и на севере района понижается до1119º в южной его части. В условиях горной тайги его величина составляетвсего 600-1000º. Продолжительность безморозного периода колеблется от 73до 97 дней.
Годовое количество осадков в зависимости от высоты местности изменяетсяот 438 мм в Тулуне до 896 мм в Белой Зиме. Основная часть осадков приходится натёплый период, за который выпадает 79-83 % их годовой суммы. Особенно обильныедожди наблюдаются в июле-августе; нередко они вызывают катастрофическиепаводки.
Мощность снежного покрова изменяется от 20-40 см в центральной частирайона до 60-80 см в горной. Многолетняя мерзлота распространена редкими островамии линзами мощностью до 15 м в днищах падей и распадков, заболоченных участкахдолин, на северных склонах. Однако в южной части района по мере продвижения кВосточному Саяну количество и размеры островов увеличиваются, и в высокогорнойгольцовой зоне мерзлота имеет сплошное распространение, достигая мощности 800м.
Таким образом, северная часть Тулунского района имеет относительноблагоприятные условия для земледелия и является одним из сельскохозяйственныхрайонов Иркутской области.
Речная часть района полностью относится к бассейну р. Ия, и лишь вкрайней юго-восточной части территории находятся истоки р. Зима – притока р. Ока.Густота речной сети неравномерна, колеблется от 0,2-0,3 до 0,8-1,0 км/км².Наибольшее количество водотоков на единицу площади приходится на южную частьрайона в пределах Восточного Саяна.
Тулунский район характеризуется широким распространением болот (7,9 %) ипо степени заболоченности занимает первое место. Основные болотные массивырасположены в центральной части территории в пределах Иркутско-Черемховскойравнины. Многочисленные озера встречаются на крайнем юге, в альпийском поясеВосточного Саяна, а также среди болотных массивов Предсаянья.
Распределение среднегодового стока рек по территории неравномерное, от 60до 646 мм, и в значительной степени зависит от средней высоты бассейна.
Питание рек смешанное с преобладанием дождевого. Его характер определяетводный режим рек. Верховья Ии и её притоков, берущих начало в Восточном Саяне,по типу питания относятся к рекам с половодьем в теплую часть года, так какосновная часть стока проходит летом. Значительная его доля приходится на весну(около 36 %), однако весеннее половодье здесь выражено слабо. В годы повышеннойводности при прохождении дождевых паводков расходы воды могут в десятки разпревышать средние многолетние значения. В соответствии с водным режимомнаблюдаются четко выраженные колебания уровней воды, амплитуда которых на р.Ияу г. Тулуна для среднего года составляет 386, а при высоких подъемах достигает540 см. Подобные стояния уровней вызывают катастрофические последствия,затопляя населенные пункты, сельхозугодия и др.
В зимний меженный период водность рек сильно сокращается, многие малыереки перемерзают, широко развиты наледные явления.
Реки Тулунского района служат не только основным источникомводоснабжения. Они обладают значительным гидроэнергетическим потенциалом,широко используются для лесосплава и в качестве путей сообщения, как в летний,так и в зимний период.
Основными водопотребителями являются промышленные и сельскохозяйственныепредприятия. Особую опасность для загрязнения вод представляют Тулунскийгидролизный завод, многочисленные животноводческие фермы и смыв удобрений иядохимикатов с сельскохозяйственных полей.
2 Характеристика эдафических условий хозяйства
Формирование почвенного покрова района происходит в условияхконтинентального климата, расчлененного рельефа, разнообразных по генезису исоставу почвообразующих пород, под различными типами растительности.
В самой высокой юго-западной части района почвообразование происходит наэлювио-делювии основных кристаллических и метаморфических пород, на юго-востоке– бескарбонатных песчаников. На обширных пространствах Иркутско-Черемховскойравнины почвообразующими являются суглинисто-глинистые отложения большоймощности, на крайнем северо-западе почвы формируются на элювио-делювии траппов.
В гольцово-тундровом поясе Восточного Саяна среди скальных выходов икаменистых россыпей распространены высокощебнистые маломощные горно-тундровыепочвы. Под редколесьями они чередуются с тундровыми оподзоленными,горно-лесными перегнойными и мерзлотно-болотными почвами.
В горно-таёжном поясе почвы подзолистые, торфяно-перегнойные мерзлотные,бурые грубогумусовые. Дерново-карбонатные оподзоленные почвы свойственныпредгорьям.
В предсаянской части Иркутско-Черемховской равнины распространенымерзлотно-болотные и мерзлотно-луговые почвы. На приподнятых участках речныхтеррас, в сухих ложбинах развиты сезонно-мерзлотные лугово-черноземные почв.Они образуют сложные комплексы внутренних дельт.
Для низких увалов междуречий Иркутско-Черемховской равнины характернысерые лесные почв, благодаря распашке на большей части территории онипреобразованы в проградированные серые лесные почв.
Наряду с растительностью почвенный покров в горах и на предгорьяхВосточного Саяна выполняет ландшафтно-защитные функции. Для земледельческогоосвоения горные почвы не пригодны.
Высокими агропроизводственными свойствами отличаются почвыИркутско-Черемховской равнины. Основная часть пригодных для земледелия почв –серых лесных, отчасти – дерново-подзолистых и лугово-черноземных – уже освоена.Около 40 % земельного фонда сельхозпредприятий района составляют пахотные почвывысокого и среднего плодородия. Луговые и лугово-черноземные почвы используютсяв качестве кормовых угодий в кормовых севооборотах, распахивать ихнерентабельно из-за неблагоприятных физических свойств, сохранения многолетнеймерзлоты, урожаи пропашных культур ан них низкие, в то время как сенокосы ипастбища отличаются высокой урожайностью. Дерново-подзолистые почвы обладаютхудшими, чем серые лесные, агропроизводственными свойствами. Для повышения ихплодородия необходимо внесение органических и минеральных удобрений.
На территории сельхозпредприятий района лесные массивы занимают около 47 площади.Однако лишь незначительная часть почв под лесами обладает хорошим естественнымплодородием, но и их освоение не рекомендуется из-за почвозащитной,водоохранной рекреационной функций лесов. Большая же часть почв под лесами –дерново-подзолистых, серых лесных маломощных и короткопрофильных – имеет низкоеи очень низкое естественное плодородие. Воссоздание плодородия требует большихусилий и крупных затрат. Более рентабельно на лесных почвах в естественномсостоянии осуществлять недолговременные выпасы скота.
Резервом для расширения площади пашни являются облесенные почвы вхозяйствах Присаянья и на крайнем севере района.
Вследствие длительного использования под пашней серые лесные почвы насклонах почти повсеместно в той или иной степени смыты, имеют среднесуглинистыймеханический состав.
В Тулунском районе преобладают леса (72 %), значительные площади занимаютболота, горные тундры и высокогорные редколесья. В составе лесов на склонахВосточного Саяна доминирует кедр, встречаются пихта, ель, лиственница. Весьмаважной особенностью кедровников представляется развитие в них ягодныхкустарничков – брусники, черники. На равнине распространены леса из сосны илиственницы; ель встречается лишь по заболоченным долинам. Значительная частьравнинных лесов сведена и заменена сельхозугодьями.
Естественные ландшафты Тулунского района в значительно степени изменены антропогеннойдеятельностью, связанной с добычей полезных ископаемых, эксплуатацией лесов,промышленным производством и сельским хозяйством.
Благоприятные почвенно-климатические условия равнинной части районаопределили довольно высокую степень его освоенности (боле 12 %). Велик удельныйвес пашни – 9188 га, меньше пастбищ (530 га) и сенокосов (28 га).
Дефицит влаги в почве компенсируется проведением водных мелиораций.
Природоохранные мероприятия на землях сельхозпредприятий должны бытьнаправлены на совершенствование методов обработки земли, повышения плодородияпочвы, их мелиорацию, предупреждение эрозии, предотвращение загрязненияводоемов. Наиболее актуальна для Тулунского района проблема рекультивацииземель, нарушенных добычей угля. Нарушенная поверхность представляет собойсистему гребней, поднимающихся на 14-16 м над разделяющими их понижениями.Высота бортовых отвалов достигает 30 м.
Углубление карьеров вызывает образование депрессионных воронок, понижениеуровня грунтовых вод, снижение водности рек, иссушение почвогрунтов.
Основные направления рекультивации – лесное и водно-рекреационное.Наиболее распространены посадки сосны, акации желтой и ивы.
Наиболее высокая способность к самоочищению от техногенных загрязняющихвеществ свойственна ландшафтам горной тайги, наименьшая – болотно-леснымкомплексам Иркутско-Черемховской равнины, находящимся в барьерном подножьиВосточного Саяна.
3 Оценка современного состояния агроэкосистем хозяйства
3.1 Экологическая оценка агроландшафтов
С экологической точки зрения современный ландшафт – этоцелостная система взаимосвязанных и взаимодействующих компонентов. Необходимопредпосылкой для грамотного управления процессами использования ландшафтаявляется разработка теоретико-методических основ решения конкретныхпрактических задач. При этом к вопросам первоочередной важности относитсяоценка устойчивости современного ландшафта (в том числе и аграрного) и его оптимизации.
Агроландшафты – антропогенные ландшафты с преобладанием в ихбиотической части сообществ живых организмов, искусственно сформированныхчеловеком (антропобиоценозов) и заменивших естественные фито- и зооценозы набольшей части территории. В более узкой трактовке под агроландшафтом понимаютландшафт, на большей части которого естественная растительность замененапосевами и посадками сельскохозяйственных растений. Под агроландшафтамипонимают также пейзажи сельской местности.
Агроландшафты являются целостными генетически однороднымипространственно-временными единицами, несмотря на то, что определенная часть ихестественного растительного покрова замена агроценозами.
С позиции системного подхода, учитывающего особенностиформирования функционирования ландшафтов, представляются возможными следующиепредпосылки оптимизации агроландшафтов.
Во-первых, формирование и поддержание на оптимальном уровнеструктуры и функционирования земельных угодий, обеспечивающих необходимоеразнообразие и устойчивость агроландшафтов.
Во-вторых, экологическая оптимизация агроландшафтов должнаобеспечивать восстановление и сохранение местного генетического фонда живойприроды, а также восстановление и сохранение естественных ценозов.
В-третьих, восстановление и сохранение обводненноститерритории, которая должна соответствовать естественному фонду данноголандшафтного образования.
В-четвертых, экологическая оптимизация агроландшафтовобеспечивается целенаправленным развитием сети охраняемых природных территорийразличных рангов и статуса (от микрозаказников до заповедников).
Рассматривая вопросы устойчивости и оптимизации ландшафтов,очень важно располагать системой количественных оценок и характеристикизучаемых процессов. Оценивать степень экологической устойчивости ландшафта необходимос помощью коэффициента экологической стабилизации (КЭСЛ), интегрирующегокачественные и количественные характеристики абиотических и биотическихэлементов ландшафта.
Методика определения коэффициентов экологической стабилизации
Согласно В. А. Баранову, первый метод с помощью этогокоэффициента основан на определении и сопоставлении площадей, занятых различнымиэлементами ландшафта, с учетом их положительного или отрицательного влияния наокружающую среду:
/>
Где, Fcm –площади, занятые стабильнымиэлементами ландшафта- сельскохозяйственными культурами и растительнымисообществами, оказывающими на него положительное влияние;
Fнcm – площади,занятые нестабильными элементами ландшафта (ежегодно обрабатываемые пашни,земли с неустойчивым травяным покровом, склонами, площадями под застройкой идорогами, зарастающими или заиленными водоемами, местами добычи полезныхископаемых, другими участками, подвергающимися антропогенному опустошению).
Оценку ландшафта производят по следующей шкале:
КЭСЛ1 характеристика ландшафта
0,51…1,00 состояние стабильное
1,01…3,00 состояние условно стабильное
4,51 и более стабильность хорошо выражена.
Биотические элементы ландшафта оказываютнеодинаковое влияние на его стабильность. Для оценки ландшафта необходимоучитывать не только их площади, но и внутренние свойства, а также качественноесостояние (влажность и профиль биотопа, структура биомассы, геологическоестроение, местоположение и морфология поверхности):
/>
Где, fi-площадь биотического элемента;
Кэз- коэффициент, характеризующий экологическоезначение отдельных биотических элементов (например, площадь застройки-0;пашня-0,14; виноградники-0,29; хвойные леса-0,38; сады, лесные культуры,лесополосы-0,43; огороды-0,5; луга-0,62; хвойно-широколиственные леса-0,63;пастбища-0,68; водоемы и водостоки-0,79; лиственные леса-1,0);
Кr — коэффициент, геолого-морфологическойустойчивости рельефа (1,0- стабильный, 0,7 – нестабильный, например, рельефпесков, склонов, оползней);
Ft– площадь всей территории ландшафта.
Оценку ландшафта производят по следующей шкале:
КЭСЛ2 характеристика ландшафта
0,34…0,50 мало стабильный
0,51…0,66 средне стабильный
Более 0,66 стабильный
Расчеты по КЭСЛ1 и КЭСЛ2 дают основнуюинформацию о степени экологической устойчивости исследуемого ландшафта,необходимую для выбора соответствующих мероприятий по его защите ипереформированию.
Коэффициент экологической стабилизации — ОАО«Парижская Коммуна» Тулунского района:
Нестабильные элементы: Стабильные элементы:
FнстСенокосы-28 га
Пашня-9188 га Пастбища-530 га
Пуды и водоемы-22 га Лес-11176 га
Приусадебные участки, огороды-76 га Болота-0 га
Дороги-100 га
Прочие-0 га
9364 га 11756 га
Всего: 21120
КЭСЛ — коэффициент экологической стабилизации
/>
/>
Где, fi-площадь биотического элемента;
Кэз- коэффициент, характеризующий экологическоезначение отдельных биотических элементов;
Кr- коэффициент геолого-морфологическойустойчивости рельефа;
Ft- площадь всей территории ландшафта.
КЭСЛ2=(9188*0,14)+(28*0,62)+(530*0,68)+(11176*0,63)+(22*0,79)+(76*0,5):21120= 0,41
Вывод: в результате расчетов КЭСЛ1, данный агроландшафтхарактеризуется как состояние условно стабильное – 1,26, а КЭСЛ2-малостабильный – 0,41. Следовательно, необходимо провести трансформациюнестабильных элементов в стабильные. Кроме этого, разработать мероприятия поувеличению стабильности, которые приведут к поддержанию на оптимальном уровнеструктуры земельных угодий.
3.2 Оценка экологичности систем земледелия
Главной заботой земледельцев мира по-прежнему остаетсяпроизводство достаточного количество зерна и других продуктов растениеводства дляудовлетворения потребностей все возрастающего народонаселения планеты. Длядостижения высокой продуктивности посевов необходимы грамотные системыземледелия и агротехнологии, обеспечивающие рациональное использование местныхпочвенно-климатических ресурсов, новые сорта, оптимальное снабжение их всехнеобходимыми элементами питания, эффективная защита растений от вредителей,болезней и сорняков.
Основные задачи, стоящие перед земледелием России, — получение в необходимых объёмах растениеводческой продукции, стабилизациисельскохозяйственного производства, его интенсификация в целях обеспеченияпродовольственное безопасности страны.
Экологическая безопасность – это состояние, при которомотсутствует угроза нанесения ущерба окружающей среде и здоровью человека.Пределы равновесного состояния экосистем и их компонентов образуютэкологическую норму. Состояние экосистем в области экологической нормыопределяется как допустимое. Антропогенное воздействие на границе допустимого иза пределами приводит к устойчивому ухудшению состояния экосистем, чтозаканчивается их деградацией. Деградация ландшафтов характеризуется крайнейстепенью изменения их структуры, что проявляется в утрате способности выполнятьресурсо- и средообразующие функции.
Ущерб плодородию почвы и окружающей среде, причиняемыйнесбалансированным применением избыточных доз пестицидов, удобрений имелиорантов, использованием тяжелой техники в районах с повышенным увлажнением,нарушениями зональных технологий возделывания культур и мелиорации почв, характерендля нерационального или экстремального земледелия, в котором интенсивностьупрощенно понимается как концентрация ресурсов в расчете на единицу площади безучета степени и качества их использования. В действительности в интенсивномземледелии повышение урожайности культур обеспечивается благодаря эффективномуиспользованию средств химизации, биологических способов защиты растений,мелиоративных приемов, внедрению прогрессивных технологий, учитывающихзональную почвенно-экологическую специфику, что, в конечном счете, способствуетповышению плодородия почв и охране агроландшафтов от загрязнения и деградации.Однако экологическая ситуация остается достаточно напряженной, что дает поводусомниться в безопасности традиционных интенсивных систем земледелия и осознатьнеобходимость разработки альтернативных производственных систем, из которыхнаиболее известна биологическая система земледелия.
Современное управление устойчивостью агроэкосистемы ииспользование для этого практических средств должны предусматривать достижениеразумного компромисса между количеством продукции, ее качеством, масштабамизатрачиваемых природных и технических ресурсов и нарушениями в окружающейсреде. Эти параметры характеризуют новый тип современного земледелия –адаптивный, под которым понимают экологическую дифференциацию агротехнологий,направленную на достижение высокой степени соответствия аграрных формдеятельности природным механизмам саморегуляции экосистем путем оптимизации иликомпенсации внешних и внутренних факторов и свойств, лимитирующих развитиепродуцентов агроэкосистемы.
Расчет экологической системы земледелия
В качестве критериев оценки влияния сельскохозяйственнойдеятельности на агроэкосистемы предложено использовать показатель экологичностиземледелия (Кэз), для расчета которого служат следующие характеристики: урожайкультуры (У) и их количество (n), коэффициент гумификациирастительных остатков (Кr), масса вносимых органическихудобрений (Мо) и коэффициент их гумификации (Ко), масса минерализации гумуса иколичество пожнивных остатков (Ммп), масса потерь гумусовых веществ за счетэрозии (Мэв), масса расхода гумуса на формирование урожая (Мгу), коэффициенты,выражающие повторяемость культуры за ротацию севооборота (Кр) и долю даннойкультуры в севообороте (Кд).
/>
Расчет устойчивости агроэкосистем при различных системах земледелия(звеньях севооборота):
1. Звено: пар-пшеница (с внесением органических удобрений):
/>
То же самое без внесения органическихудобрений:
/>
Вывод: при расчете экологической системы земледелия на моделипар — пшеница без внесения органических удобрений выяснилось, что в результатепроисходит активный расход гумуса. Меньшее значение Кэз свидетельствует онедостаточной экологичности земледелия. Поэтому необходимо разрабатыватьмероприятия по улучшению экологичности за счет уменьшения эрозионных процессов,улучшения системы севооборотов, увеличения количества сидеральных культур имноголетних трав.
3.3 Оценка экологической устойчивости почвенного блока
Разрушение и создание органического вещества составляютсущность почвообразования. Из этого общеизвестного положения вытекаетпринципиально важное следствие – соотношение между процессами минерализации игумификации обуславливает экологическое равновесие в почве. Сбалансированностьназванных процессов отражает суть экологической устойчивости почвенного блока,а, следовательно, и агроэкосистемы в целом. Определение количественныхпараметров, соответствующих состоянию экологического равновесия в почве,раскрытие его природы и разработка на этой основе методов целенаправленноговоспроизводства почвенного плодородия – важная научно-практическая задача,требующая комплексных решений, в том числе с учетом и агроэкологическихаспектов проблемы.
Достаточно значимым количественным показателем интенсивности процессовминерализации органического вещества почвы может служить отчуждение (вынос)азота с урожаем сельскохозяйственных культур. Процессы гумусообразования,наоборот, связаны непосредственно с накоплением азота в почве, поэтому величинуаккумуляции его в приросте запасов гумуса можно принять за объективныйпоказатель гумификации. Исходя из данных предпосылок, оценку сбалансированностипроцессов гумификации и минерализации в почвенном блоке агроэкосистемы реальнопроводить, основываясь на определении агроэкологического параметра –коэффициента биологической утилизации азота удобрений (КNут).Названный показатель подсчитывают как суммы коэффициентов усвоениявозделываемыми растениями элемента из удобрения (КNусв) и аккумуляции его в приросте гумуса за ротацию севооборота по отношению кколичеству, определяемому перед закладкой опыта (КN ак). Отношение коэффициентаусвоения азота удобрений к коэффициенту его аккумуляции (КNусв/КN ак) отражает степень сбалансированности в почвепроцессов минерализации и гумификации, а значит, и направленность процессапочвообразования за ротацию севооборота. Очевидно, что это отношение наряду сдругими показателями может служить объективным экологическим критерием оценкиустойчивости высокопродуктивной агроэкосистемы. Степень устойчивости почвенногоблока агроэкосистемы определяют по формуле:
Эуст = КN усв/ КNак
Где Эуст – интегральный показатель экологической устойчивостипочвенного блока агроэкосистемы;
КN усв – коэффициент усвоения азотакультурами за ротацию севооборота, %;
КN ак – коэффициент аккумуляции азотав приросте гумуса за ротацию севооборота, %.
Расчет показателей экономической устойчивости почвенногоблока при практикуемых звеньях севооборота:
1. Звено севооборота: пар – пшеница.
Общий расход азота на создание 34,2 ц/га – 123,12 кг(3,6*34,2)
Общий расход гумуса – (123,12*100)/5=2,5 т/га
Содержание азота в соломистых остатках — 22,5 кг/га(4500*0,5)/100=, где 4500 кг/га – биологическая масса соломы, 0,5 % — содержание азота в соломе.
Таким образом, в звене пар – пшеница создаётся отрицательныйбаланс азота – 100,62 кг/га (123,12-22,5).
2. Звено: люцерна – пшеница.
Приход органического вещества с корневыми и пожнивнымиостатками люцерны составляет 12 т/га (3,5 т – пожнивные и 8,5 т – корневыеостатки).
Приход азота в звене составит 122,2 кг/га.
Содержание азота в растительных остатках люцерны составляет 2%.
Таким образом, в звене люцерна – пшеница создаётся положительныйбаланс азота — +21,58 кг/га (122,2+22,5).
Эуст = 123,12/144,7 = 0,85
Вывод: результаты расчетов показали, что коэффициентэкологической устойчивости почвенного блока является довольно высоким.Следовательно, процессы гумификации и минерализации, протекающие в почве,находятся в экологическом равновесии, что говорит о высокой устойчивости даннойагроэкосистемы.
3.4 Проблема использования биологического азота
Важнейшую проблему создания достаточного количества белканевозможно решить без использования биологического азота в земледелии, поэтомуостаётся актуальным широкое использование уникальных способностей бобовых имикроорганизмов фиксировать молекулярный азот атмосферы.
Микробиологическая фиксация атмосферного азота – экологическичистый путь снабжения растений связанным азотом, требующий относительнонебольших энергетических затрат на активизацию азотфиксаторов в почве.
По источникам доступной энергии азотфиксирующиемикроорганизмы относят к 2м основным группам: автотрофам и гетеротрофам, хотятакое деление достаточно условно. Автотрофные фиксаторы атмосферного азота –цианобактерии и фотосинтезирующие анаэробные бактерии – играют заметную рольлишь в переувлажненных и затопленных почвах, где фиксируют до 20-50 кг/га азотав год. В почвах всех типов в ризосфере и филлосфере растений наиболеераспространены и многочисленны гетеротрофные азотфиксирующие организмы. Наиболеехорошо известно значение клубеньковых бактерий в азотном питании бобовыхрастений и в обогащении почв азотом.
Способность к фиксации азота обнаружена у большого числабактерий, принадлежащих к различным систематическим группам. Помимо хорошоизвестных – азотобактера, клостридий, клубеньковых бактерий – эта способностьобнаружена у многих других бактерий: Bacillus, Erwina, Klebsiella и др. У чистыхкультур эукариотных микроорганизмов, в том числе у грибов и дрожжей,азотфиксирующая активность не обнаружена. Однако известно, смешанные культурыазотфиксаторов с эукариотами характеризуются повышенной нитрогеназнойактивностью.
Бессменное возделывание небобовых культур не приводит ксущественному снижению содержания азота в почве, несмотря на ежегодноеотчуждение его с урожаем, тогда как в пару количество гумуса и азота в почвенепрерывно уменьшается. Хотя при ассоциативной азотфиксации микроорганизмы ирастения не вступают в такое тесное взаимодействие, как в симбиотическихсистемах, в целом она имеет примерно те же экологические особенности –активность азотфиксации меняется по мере развития растений, достигая максимумав периоды бутонизации и цветения и снижаясь во время созревания.
В течение последних лет проводились интенсивные исследованиянитрогеназы – основного фермента, осуществляющего процесс азотфиксации. Убобовых культур нитрогеназа находится в клубеньковых бактериях, приобретающихвнутри клубенька форму бактероидов. Характерная особенность нитрогеназы –восстановление не только молекулярного азота, но и других субстратов,обладающих тройными связями. Это позволяет широко использовать методопределения азотфиксации по восстановлению ацетилена в этилен.
В состав симбиотических азотфиксирующих систем помимофермента нитрогеназы входят и другие металлсодержащие белки бактероидов итканей клубенька.
Особенно следует отметить роль железосодержащего белка –леггемоглобина. Леггемоглобин локализуется растительных клетках. В клубенькахон образуется как продукт симбиоза бактерий с высшими растениями. Активностьазотфиксации связана с концентрацией леггемоглобина в клубеньках.
Леггемоглобин, являясь переносчиком кислорода, не принимаетнепосредственного участия в восстановлении азота. Благодаря наличию этогопигмента, с одной стороны, бактероиды, обеспечены кислородом, с другой стороны,сохранены анаэробные условия для работы нитрогеназы. Нитрогеназа оченьчувствительна к кислороду и инактивируется им; в то же время для образованияэнергии АТФ, необходимой для процесса азотфиксации, требуется кислород. Механизмзащиты нитрогеназы от кислорода весьма сложен, и леггемоглобин, по-видимому,является лишь одним из многочисленных звеньев в данном процессе.
Проблема максимального использования биологического азотасвязана с химизацией сельского хозяйства. Практика показывает, что высокиеурожаи бобовых культур можно получить лишь при устранении кислой реакции среды,применении фосфорных, калийных удобрений и отдельных микроудобрений.
Таким образом, можно отметить следующие наиболее важныепрактические аспекты проблемы биологического азота на ближайшее будущее:
1. Эколого-биологическое и агрономическое значение естественного процессапозволит более полноценно использовать природную фиксацию азота и найти способыеё интенсификации.
2. Знание условий связывания азота биологическим путём в мягких условияхпозволит разработать новые способы получения азотных удобрений.
3. Изучение генетико-селекционных основ азотфиксирующего симбиоза бобовыхрастений с клубеньковыми бактериями, использование генной инженерии, а такжеряда достижений биохимии и молекулярной биологии будут способствоватьраспространению процесса азотфиксации на многие сельскохозяйственные культуры.
4. Расшифровка механизма фиксации азота даст возможность целенаправленноразработать способы воздействия на этот процесс в природе с целью егоинтенсификации.
4 Перспективная система мероприятий по созданию высокопродуктивныхустойчивых агроэкосистем
4.1 Мероприятия по стабилизации ландшафтов иагроландшафтов
Основные положения создания агроландшафтов сформулированы ещеВ.В. Докучаевым, определившим главные принципы адаптивного природопользования иобосновавшим комплекс агро-гидромелиоративных мероприятий по оптимизациилесостепных ландшафтов.
Важнейшим мероприятием этого комплекса было создание защитныхлесонасаждений. Узкие полезащитные полосы могут занимать на равнинах 2,5-4 %, апри пересеченном рельефе – до 5-8 % пашни.
В отличие от утилитарного подхода к полезащитномулесоразведению в основном с точки зрения защиты агроценозов от неблагоприятныхприродных факторов агроландшафтная ориентация предполагает создание устойчивойагроэкологической обстановки: повышение обводненности территории за счетсокращения поверхностного стока и усиления внутрипочвенного, снижениеинтенсивности эрозионных процессов, ослабление силы ветра, равномерноеснегозадержание, повышение относительной влажности воздуха, защиту орошаемыхземель от заболачивания, резервации для птиц, зверей, энтомофагов, созданиеблагоприятных условий для сельскохозяйственных животных (зелёные зонты),озеленение производственных и социально-бытовых объектов, облесение водоёмов.
Главным инструментом формирования агроландшафта являетсяадаптивно-ландшафтная система земледелия, каждый элемент которой несётсоответствующую нагрузку в данном отношении. Те из них, которые приближают агроландшафтыпо устойчивости к природным и способствуют повышению продуктивности,заслуживают особого внимания. В числе таких приёмов в первую очередь следуетотметить мульчирование поверхности почвы растительными остатками. Этот приём вкакой-то мере компенсирует экологическую роль лесной подстилки и степноговолокна. Значение его особенно велико для предотвращения дефляции, избыточногостока воды, эрозии, чрезмерного испарения влаги, регулирования температурногорежима почвы, подавления сорных растений.
Растительная мульча из пожнивных остатков, соломы и т.п.уменьшает разрушение верхнего слоя почвы под влиянием ударов дождевых капель,ветра, размыва, предотвращает заиление пор, образование корки, благодаря чемуувеличивается водопроницаемость почвы и уменьшается поверхностный сток.
Мульчирование растительными остатками в условиях умеренногоклимата создаёт благоприятные условия для развития дождевых червей, посколькуобеспечивает их легкодоступной пищей, защищает от избыточного иссушения, низкихтемператур почвы. Благодаря этому они быстро размножаются и в течение болеедлительного времени остаются деятельными в почве.
Так как в предложенном по заданию хозяйстве агроландшафтявляется мало стабильным, поэтому необходимо провести мероприятия постабилизации агроэкосистем:
1. Посадку многолетних трав;
2. Посадку лесов;
3. Перевод нестабильных агроэкосистем в стабильные.
Таблица 4
Трансформация земельных угодийПашня 9188
-450 в сенокосы;
-250 в пастбища Пашня после трансформации 8488 Сенокосы 28 + 450 из пашни Сенокосы 478 Приусадебные участки 76 – Приусадебные участки 76 Пастбища 530 +250 из пашни Пастбища 780 Лес 11176 – Лес 11176 Дороги 100 – Дороги 100 Болота – – Болота – Прочие – – Прочие – Пруды и водоёмы 22 – Пруды и водоёмы 22
Нестабильные элементы: Стабильные элементы:
Пашня 8488 га Сенокосы 478 га
Приусадебные участки 76 га Пастбища 780 га
Дороги 100 га
Пруды и водоёмы-22 Лес 11176 га
Прочие 0 га. Болота 0 га.
8686 га 12434 га
Всего: 21120 га
/>
/>
Где, fi-площадь биотического элемента;
Кэз- коэффициент, характеризующий экологическоезначение отдельных биотических элементов;
Кr- коэффициент геолого-морфологическойустойчивости рельефа;
Ft- площадь всей территории ландшафта.
КЭСЛ2=(8488*0,14)+(478*0,62)+(780*0,68)+(11176*0,63)+(22*0,79)+(76*0,5):21120= 0,43
Выводы: По результатам подсчетов КЭСЛ1=1,43 — данная агросистемаимеет условно стабильное состояние. Значит, мероприятия по переводу пашни встабильные агроландшафты привели к положительным результатам.
4.2 Мероприятия по повышению экологичности системыземледелия
При экологической системе земледелия допускается строгоограниченное использование пестицидов, чаще в виде санитарных (локальных) мерна очагах размножения вредителей и болезней. С большой осторожностью относятсятакже к применению минеральных удобрений, ограничивая их дозы, особенно легкорастворимыхформ и в жидком виде. Поэтому приемлемым будет сбалансированное сельскоехозяйство, которое предполагает широкое применение известных эффективныхэкологичных агроприемов в сочетании с современными достижениями науки итехники. Использование биологического азота в земледелии уменьшает загрязнениеокружающей среды продуктами деградации азотных удобрений, способствуетсохранению воспроизводства плодородия почвы, решает проблему дефицитарастительного белка. Важным моментом является использование органическихудобрений таких, как навоз, помет, пожнивные послеуборочные остатки, сидераты идр. Все это позволяет в сбалансированном сельскохозяйственном производстверешить проблему сохранения плодородия почвы, повышения продуктивности пашни иполучения конкурентоспособной продукции. Большой агрономический эффект возможенот использования соломы и других пожнивных остатков в качестве органическогоудобрения и мульчи, а также использование биопрепаратов на основеазотфиксирующих бактерий (азотобактер, нитрагин и др.).
Комплекс мероприятий по повышению экологичности системыземледелия включает:
· совершенствование системы земледелия на основеагроландшафтов;
· внесение органических удобрений, других источниковорганического вещества;
· рациональные приемы применения минеральных удобрений;
· защита почв от ветровой и водной эрозии.
4.3 Мероприятия по повышению экологической устойчивости почвенногоблока
На основании выполненных расчетов в разделе 3.3. можно судить о высокойустойчивости почвенного блока в хозяйстве ОАО «Парижская Коммуна» Тулунскогорайона. Поэтому для поддержания этой устойчивости требуется проведениенекоторых мероприятий:
1. Необходимо контролировать формирование сбалансированных и экологическиобоснованных агроландшафтов с введением почвозащитных севооборотов иоптимизацию структуры угодий на принципах агроландшафтного ведения хозяйства;
2. Применять в полном объеме почвозащитные технологии возделываниясельхозкультур на основе минимизации обработки почв;
3. Осуществлять меры по предотвращению переуплотнения почв путем созданияи применения соответствующей техники.
С целью дальнейшего повышения защитных функций древесно-кустарниковойрастительности, оптимального влияния ее на окружающую природную средупредусматривается:
1. создание массивных лесных насаждений на пастбищах и временноподтопляемых территориях;
2. посадка полезащитных лесных полос;
3. закладка лесных полос вдоль автомобильных дорог.
4.4 Резервное использование биологического азота
Одним из резервов снижения дефицитности баланса являетсясовершенствование технологии применения азотных удобрений, повышение ихокупаемости продукцией. Это, прежде всего, внедрение предлагаемой диагностикипотребности в азотных удобрениях и определение оптимальных норм азота,локализация азотных туков, совместное применение их с фосфором и калием и т.д.и т.п.
Важным источником покрытия дефицита азота является внедрение азотныхудобрений и расширение посевов однолетних и многолетних бобовых культур,внедрение сидеральных паров.
Покрыть отрицательный баланс азота можно за счет биологизации земледелия,предусматривающей коренной пересмотр структуры пашни (сидеральные пары – до8-10, зернобобовые – 8-10 и многолетние бобовые и злаковые – 16-18 %).Предусматриваются сидеральные пары донниковые или клеверные с полной запашкойзеленой массы в фазу начала бутонизации. У бобовых культур (как однолетних, таки многолетних) используется стерня и корни. Кроме того, бобовые растения нетолько накапливают азот, но и ускоряют минерализацию растительных остатков, повышаютиспользование почвенного азота, увеличивают урожай последующих культур,улучшают структуру почвы, устраняют водную и ветровую эрозию, выполняютсанитарную роль.
Существенным резервом глобальной азотфиксации наземных и водных экосистемявляются синезеленые водоросли, хорошо изученные как фотосинтезирующиедиазотрофы. Определенные виды цианобактерий формируют ассоциации с грибами(лишайники), высшими растениями (например, симбиотические ассоциации с воднымпапоротником Azolla). Таким образом, в морской игрунтовой воде, в почвах затапливаемых рисовых полей, в горячих источникахмогут быть вполне благоприятные условия для протекания азотфиксации у аэробныхмикроорганизмов.
Только умелое сочетание использования минерального и биологического азотапозволит осуществлять интенсификацию сельскохозяйственного производстванаиболее быстрыми темпами. Необходимо более точно установить приходные статьибаланса с учетом почвенно-климатических особенностей различных регионов.Большое значение имеет одновременное комплексное изучение питания растений макро,-и микроэлементами. Решение этой проблемы позволит значительно снизить потерипитательных веществ, предотвратить загрязнение окружающей среды, существенноповысить коэффициент использования каждого элемента.
5 Мероприятия по производству экологически безопасной продукциирастениеводства
Экологичная система защиты ориентирована не на отдельную культуру иливредный объект, а на весь севооборот. В значительной степени, благодаря чемусможет реализоваться мечта земледельца — стабильное получение полноценной,экологически безопасной биопродукции и воспроизводство ресурсов агросферы.
Экологичная защита растений предполагает реализацию ряда важныхмероприятий и условий. В их числе:
1. организация агроландшафта, предусматривающая максимальную мобилизациюприродных биологических ресурсов, в особенности, сохранение и активизациюполезной биоты;
2. система адаптивно-ландшафтного земледелия, севообороты с длиннойротацией и большим набором культур;
3. предпочтительное использование биологического азота;
4. преимущественное возделывание селекционных и местных сортов (гибридов)с групповой и/или комплексной устойчивостью к вредным организмам;
5. утилизация растениеводческих и животноводческих отходов,трансформированных в биоорганическое удобрение;
6. рекомендации по критическим уровням вредных видов, биологическим,экономическим и экологическим порогам их вредоносности (целесообразностиприменения средств защиты);
7. совершенствование препаративных форм биопрепаратов;
8. централизованное производство экологически безопасных средств защиты,дополняемое региональной и местной их наработкой; модернизация существующей исоздание специальной техники для их внесения;
9. непрерывное обучение биологизации и экологизации защиты растенийспециалистов всех уровней;
10. реализация законодательных предложений, предусматривающих систему льготдля сельхозпроизводителей, использующих только экологически безопасныепрепараты;
11. пропаганда достижений экологизированной и биологической защитырастений — приоритетных направлений, обеспечивающих устойчивое развитиерастениеводческой отрасли
Заключение
В своей курсовой работе мною были рассмотрены абиотические и эдафическиеусловия агроэкосистемы в хозяйстве ОАО «ПарижскаяКоммуна» Тулунского района. Кроме этого, была проведена оценка экологическойустойчивости с помощьюкоэффициентов экологической стабилизации (Кэсл1 и Кэсл2). В ходе расчетов быловыяснено, что данный агроландшафт является мало стабильным, и для того, чтобыповысилась стабилизация, была проведена трансформация нестабильных элементов встабильные. В итоге эти изменения привели к положительным результатам. Помимоэтого была затронута проблема использования биологического азота. Комплексныйподход к решению этой проблемы позволил разработать мероприятия по снижениюдефицита азота и достижению устойчивой продуктивности основных полевых культур.Также в курсовой работе были предложены мероприятия по производствуэкологически безопасной продукции растениеводства, поскольку на сегодняшнийдень производство высококачественной, экологически безвредной продукциирастениеводства и животноводства – одно из обязательных условий устойчивогоразвития общества.
Для гарантии экологического благополучия необходимо усилить экологическиеаспекты в использовании земли, ввести экономические санкции за снижениепочвенного плодородия, перейти на адаптивно-ландшафтное земледелие, ввестиметоды стимулирования рационального землепользования.
Список использованных источников
1. Агроэкология/В.А. Черников, Р.М. Алексахин и др.; Под ред. В.А. Черникова, А.И. Чекереса. –М.: Колос, 2000. – 536 с.
2. ЖитовВ.В., Долгополов А.А., Дмитриев Н.Н. Агрохимия в условиях юга Восточной Сибири./ Учебное пособие – Иркутск, ИрГСХА, 2003. – 336 с.
3. КирюшинВ.И. Экологические основы земледелия. – М.: Колос, 1996.
– 367 с.
4. МальцевВ.Т. Азотные удобрения в Приангарье / РАСХН. Сиб. отд-ние. Иркут. НИИСХ, Отв.Ред. Г.П. Гамзикоов. – Новосибирск, 2001. – 272 с.
5. Сельскохозяйственнаяэкология / Н.А. Уразаев, А.А. Вакулин и др. – М.: Колос, 2000. – 304 с.
6. СтепановскихА.С. Экология. – Курган: ГИПП «Зауралье». – 2000. – 704 с.
7. ЯгодинБ.А., Жуков Ю.П., Кобзаренко В.И. Агрохимия / Под ред. Б.А. Ягодина. – М.:Колос, 2002. – 584 с.