Реферат: Закономерности устойчивости почв к деградации под влиянием сельскохозяйственного использования
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.