2.Мероприятия по снижению вредного влияния токсикантов на компоненты агроэкосистемах

Грамотное использование средств химизации.

Минеральные удобрания среди средств химизации остаются одним из существенных факторов,определяющих урожайность сельскохозяйственных культур. В то же время известны примеры о низком эффекте мин. удобрений и их загрязняющем воздействии на окружающую среду. При внесении мин. удобрений может происходить подкисление почвенного

раствора, т.к. большинство применяемых удобрений физиологически кислые. В результате

подкисления почв, раствора закрепляются фосфаты в почве,высвобождаются ионы алюминия,увеличивается подвижность тяжелых металлов. Избыток минеральных удобрений вызывает

нарушение процессов трансформации органического в.-ва , отмечается дегумификация почвенного покрова, опасность нитратного загрязнения. Мин. удобрения могут быть источником тяж. Металлов в почве (фосфорные удобрения). В качестве известковых материалов используются промышленные

отходы (металлургической промышленности, производящей хром)

Для снижения содержания гумуса в почве необходимо применение органических удобрений.

Нужны жижеотстойники, навозохранилища. Ставится вопрос о возврате к подстилочному навозу. Значение органического в.-ва в снижении токсикологического эффекта огромно: это и сорбционная способность; улучшение пищевого режима, что увеличивает поступление пит. элементов в растения; активизируется почвенная микрофлора, которая не только улучшает пит. режим, но и сама выделяет вещества, обладающие защитным действие; связывает ТМ; усиливает прогреваемость почвы; деградация пестицидов.

Необходимо также усовершенствовать технологию внесения органических веществ, т.к. более 70-80% органических удобрений растаскивается по полям бульдозерами, что создает очаги избыточного минер, питания.

Для предотвращения загрязнения почвогрунтов и грунтовых вод на орошаемых почвах под корнеобитаемым слоем рекомендуется разрабатывать грунтовые прослойки, состоящие из бетонита, углещелочных соединений.

Была разработана методика очистки почв от остаточных количеств пестицидов с помощью растений. Этот процесс называется деконтаминацией. Такие культуры как кукуруза, люпин, рапс до 90 дней очищают почву от атразина, линурона.

Снижение фитотоксичности гербицидов достигается при внесении в почву адсорбентов: (активированного угля, глин, соломы, торфа).

Внедрение достижений биотехнологии:

Для решения этой задачи перспективным является использование биотехнологии и генной

инженерии.

Генная инженерия - комплекс приемов и методов, обеспечивающих направленное изменение последовательных свойств организма путем прямого переноса или воздействия на гены,

определяющие тот или иной признак.

Один из результатов биотехнологии - создание высокоэффективных штаммов микроорганизмов,

обладающих повышенной способностью к фиксации атмосферного азота.

Другим аспектом этого направления являются микробные удобрения, получаемые при помощи

биологической очистки сточных вод животноводческих комплексов - Бамил (биомасса активных микроорганизмов ила).

Важное направление с\х биотехнологии - создание микробиологических пестицидов.

Сейчас созданы растения со встроенными генами микроорганизмов - трансгенные растения,

способные защитить себя от насекомых.

Использование альтернативных систем земледелия:

Главный упор делается на биологизацию земледелия.

Биологическое направление в земледелии было создано в 1972 г. в рамках международной организации «Движение за органическое сельское хозяйство» Биолого-динамическое земледелие делает упор на ручной труд и полное отсутствие химикатов. Сторонники органо-биологического направления приоритетным считают обработку почвы и допускают минимальное использование пестицидов.

Положительный эффект в этих системах - значимость органических удобрений в создании почвенного плодородия, активизации биологических процессов в почве и т.д.

2. (66). Агроэкологические проблемы подкисления и ощелачивания почв. Экологические аспекты известкования и гипсования. Анализ проблемных экологических ситуаций и экологическая экспертиза проектов химических мелиораций.

Экологические аспекты известкования почв

По данным Минсесльхозпрода, на нач.1995 г. в РФ 20 млн. га СХ угодий занимали земли повышенной кислотности.

Активизация кислотных процессов в атмо-, гидросфере и на суше обусловленна в первую очередь антропогенными факторами- техногенными выбросами сернистых и азотных соединений.

На кислых почвах на 30-40% уменьшается эффективность минеральных удобрений, увеличиваются непроизводственные потери азота, нарушается поступление элементов питания в растения, в продукции интенсивно накапливаются ТМ, радионуклиды, ухудшается ее качество, снижается устойчивость агроценозов к неблагоприятным погодным условиям. Ежегодные потери урожая, обусловленные влиянием небл.кислотности почв, оцениваются в пересчете на зерно в 10-120 нлн.т.

Известкование, основанное на замене в ППК ионов водорода и алюминия ионами Са и М§, является основным способом коренного улучшения кислых почв, которые по степени

кислотности и потребности в мелио	ранте распределяются:
рН в КСЬ вытяжке	Степень кислотности	Потребность в известк-и
<4,5	Очень сильнокислая и сильнокислая	Очень высокая и высокая
4,6-5,0	Среднекислая	Средняя
5,1-5,5	Слабокислая	Низкая
5,6-6,0	Блнзкая к нейтральной	Очень низкая
>6	Нейтральная	Отсутствует

Большинство СХ культур лучше развиваются при рН почвы 6,0-6,5. По отношению к кислотности и отзывчивости на известкование их можно разделить на 5 групп.

1. Наиболее чувствительные к кислотности: сахарная, столовая, кормовая свекла, капуста,рН7-8.

2. Чувствительные к повышенной кислотности: ячмень, яровая и озимая пшеница, кукуруза, клевер, огурец-рН 6-7

3. Слабочувствительные к повышенной кислотности: рожь, овес.томат, морковь-4,5-7,5.

4. Лен и картофель нуждаются в изв-и только на сильнокислых почвах. Картофель хорошо растет на кислых почвах. Лен более чувств.-рН5,5-6,0. При известковании карт-ль поражается паршой, а лен -бактериозом.

5. Люпин синий и желтый, сералелла, чайный куст. Хорошо растут на кислых почвах-_РН4,5-5,0.

При ювесткованин активизируется жизнедеятельность полезной микрофлоры н улучшается минеральное питание растений в результате более активной трансформации органических соединений, меняются к лучшему физические св-а почвы, возрастает эффективность использования минер.и органических удобреннй, снижение подвижности ионов ТМ. Что способствует скнжению вероятности негативных воздействий на ОПС.

Каждая тонна извести за 5 лет действня дает приб-ку СХ прод-и в 0,5-0,6т/га(в пересчете на зерно) Продолжительность действия зависит от дозы мелиоранта. При внесении 3-4 т/га - 5-7 лет. В настоящее время наблюдается тенденция к снижению масштабов изв-я.Для снижения кислотности применяют известкование верхнего слоя, тогда как в США практикуют внесение извести на разную глубину.

В качестве мелиоративных материалов наряду с известью используют: металургические шлаки, угольную золу, отходный химический мел, фосфат-шлаки, дефекат.

Ввиду опасности зафязнения ОПС токсикантами, содержащимися в используемых материалах, необходимо использовать экологические ограничения, установленные госстандартами, санитарными нормами и правилами идр.

По содержанию ТМ и др токсикантов мелиоранты подразделяют на 4 гр по дозам, срокам и кратности использования:

1. Известковые материалы без ограничений ( изв.мука, мел, дефекат)

2. Известковые материалы, применение разрешено в дозах не более 7т/га раз в 5 лет (угольная золя, ферро-хромовые шлаки)

3. Известковые материалы материалы, применение разрешено в дозах не более 7т/га раз в 10 лет с обязательным контролем фонового содержания опасных элементов.

4. Запрещено применение при известковании корновых угодий. При изв-и почв обязательному учету подлежит ПДК ТМ и др, фоновое сод-ие этих элементов в почве, КО по ГОСТу, ориентировочное содержание примесей.

Гипсование

Целесообразные дозы гипса могут менятся в широком диапазоне от 2-3 до 20-25 т\га. Максимальн дозы гипса неопходимы для черноземных лугов и солодовых солонцов, минимальная для солонцов полустепей и полупустынных зон.Гипсование успешно протекает в условиях орошаемого земледелия. В условиях орошения эффект может быть достигнут в короткий период 2-3 года.Лучший эффект может быть достигнут в условиях орошения и применения органических и седеральных удобрений. Гипсование оказывает положительное действие на свойство солонцов, уменьшая содержание поглащенного натрия , увеличивая их водопроницаемость,улучшая структурный состав и в целом плодородие.

Химическая мелирация направлена на изменение неблагоприятных хим и физ факторов свойств почвы и оросительных вод . Хим мелиорац включает внесение извести крупных доз при глубоком мелиоративн рыхлении на всю глубину обработки, а также гипса при борьбе с солонцеватостью или профилактике этого явления в процессе промывки засоленных почв от избытка водорастворимых солей.К химич мелиорац следует отнести мероприятия по кислованию почв содового засоления ,усиления окислительной способности оросительных вод путем их предварительного насыщением кислорода.

Билет №15

1. (35). Круговорот веществ и потоки энергии в агроэкосистемах Пищевые сети и трофические уровни. Автотрофы (продуценты). Гетеротрофы (консументы). Деструкторы (редуценты). Пирамиды чисел, биомасс, энергии.

Круговорот веществ и потоки энергии в экосистемах

Естественные экосистемы используют единственный источ­ник энергии — солнце. КПД использования солнечной энергии мал, однако естественные экосистемы устойчиво существуют на этом количестве энергии, трансформируя ее в различных пище­вых цепях.

Агроценозы получают наряду с солнечной энергией допол­нительное количество энергии, которое вносит в них человек, контролируя видовой состав растений, их урожайность, обес­печивая защиту культивируемых растений от вредителей и неблагоприятных климатических условий. Доля антропогенной энергии от всей энергии, аккумулированной в урожае, при средних дозах удобрений, без поливов составляет 5—10 %. Все более широкое применение гербицидов, инсектицидов, удобрений, а также мелиорация почв с каждым годом повы­шают энергетические вложения человека в агроценозы. Энер­гетические вложения практически всегда сопровождаются вещественными, что оказывает влияние на биологический кру­говорот в агроценозах.

В природных системах внутренний круговорот питательных в-в по обьему значительно превышает их поступление из атм-ры и потери на вымывание из почвы. В управляемой с/х экосистеме распределение питат в-в меняется, что проявляется в снижении их переноса от первичных продуцентов к потребителям (консументам), а также в последующем закономерном изменении режима потупления этих в-в к редуцентам. Такого рода обстоятельства вызваны применением в аагроэкосистемах пестицидов, осуществлением агротехнических мероприятий. Характерно, что после заделки раст. остатков при последующей обработке почвы активность редуцентов повышается. Важно, что в результате управления агроэкосистемой наблюдается изменение обычного круговорота питат в-в и увеличение скорости их перехода в абиотическое состояние.

Все экосистемы функционируют на основе прохождения биогеохимических циклов- эволюционно сложившихся универсальных природных процессов. В соответствии с принципами гомеостаза заметные изменения любого из формирующих экосистему функциональных компонентов могут прослужить первопричиной существенных изменений др компонентов ; при этом нарушается прежнее внутреннее строение системы ( состав растит и животн сообществ) Стабильность экосистемы сохраняется в том случае, если она переходит на новый уровень гомеостаза. Если же исключается или становится неэффективным любой из функциональных компонентов, экосистема может разрушиться под действием абиотических факторов (эрозия).,

Продукционный процесс агроэкосистемы зависит не от отдельно действующих абиотических (местоположение, солнечная радиация, минер питание), биотических и антропогенных факторов, а одновременно от всего их комплекса. Продуктивность экосистемы обеспечивается интенсивностью и направленностью процессов обмена в-в и переноса энергии между возделываемой культурой и окр пр средой, находящейся под управлением человека. От качества управления, степени его природосообразности зависит экосистемный уровень биологической организации агроэкосистем

Автотрофы (продуценты). Гетеротрофы (консументы). Деструкторы (редуценты).

автотрофы – организмы, создающие органическое вещество из со2, воды и минеральных солей в результате фотосинтеза или хемостнтеза.

гетеротрофы – организмы, синтезирующие необходимые вещества за счет готовых органических соединений.

редуценты – организмы, разлагающие органическое вещество и превращающие его в неорганические конечные продукты метаболизма.

Трофическая структура экосистем. Экологическая пирамида Ч. Элтона. Пирамиды чисел, биомасс, энергии.

Любое сообщество можно представить в виде пищевой цепи, т.е. схемы всех трофических (пищевых) связей между видами, входящими в его состав. Пищевая сеть обычно состоит из нескольких пищевых цепей, каждая из которых является отдельным ее каналом. Первый трофический уровень представлен первичными продуцентами или автотрофами. К ним относятся все зеленые растения которые используют солнечный свет для образования органического вещества. Все остальные организмы, входящие в состав сообщества, прямо или косвенно зависят от снабжения энергией, аккумулированной растениями. Помимо первичных продуцентов в сообщества входят геротрофы, которые представлены консументами и деструкторами. Второй трофический уровень образуют травоядные животные, называемые первичными консументами. Плотоядных, питающихся травоядными, называют вторичными консументами, или первичными хищниками. Хищники, питающиеся первичными хищниками, образуют четвертый трофический уровень и называются вторичными хищниками и т. д.

Важным компонентом сообщества являются деструкторы, или редуценты (организмы, в основном бактерии и грибы, превращающие органические остатки в неогранические вещества). Их функциональная роль заключается в возврате первичных элементов в фонд питательных веществ.

Трофическую структуру экосистемы графически представляют в виде экологической пирамиды (пирамида Элтона). По правилу пирамиды общая биомасса у каждого последующего звена в цепи питания уменьшается. Различают три основных типа пирамид:

1. Пирамиды чисел представляют собой первое приближение к изучению трофической структуры экосистемы. Установлено основное правило, согласно которому в любой среде растений больше, чем животных; травоядных больше, чем плотоядных; насекомых больше, чем птиц и т. д. При переходе с одного трофического уровня на другой численность особей уменьшается, а размер их увеличивается. В строении различных пирамид чисел наблюдается заметное разнообразие. Иногда они могут быть «перевернутыми» ( в лесу насчитывается значительно меньше деревьев, чем насекомых).

2.Пирамида биомасс более полно отображает пищевые взаимоотношения в экосистеме, так как она показывает биомассу (сухую массу) в данный момент на каждом уровне пищевой цепи. Ее форма часто сходна с формой пирамиды чисел, но есть и исключения. Это относится к пресноводной среде, где первичная продуктивность обеспечивается микроскопическими организмами с высокой скоростью обмена веществ (биомасса мала, производительность велика). Недостаток пирамиды биомасс заключается в том, что в ней не разделяются компоненты, имеющие различный химический состав и разную энергетическую значимость.

3.Пирамиды энергии показывают эффективность преобразования энергии, продуктивность пищевых целей. Они строятся путем подсчета количества энергии, аккумулированной единицей поверхности за единицу времени и используемой организмами на каждом трофическом уровне.

2.(25). Экологические функции гумусовых соединений. Методы диагностики гумусового состояния почв. Методы изучения процессов минерализации и гумификации растительных остатков. Биогумус и его агроэкологическое значение. Вермикультура, ее характеристика и перспективы использования.

Экологические функции гумусовых соединений.

В процессе интенсификации земледелия усиливаются экологические аспекты в оценке роли органического вещества почв, их гумусового состояния. В отличие от экстенсивного этапа, когда органического вещество почв служило основным источником питания растений, в современном земледелии оно определяет экологические пределы интенсификации, в частности выступает в качестве разрешающего фактора химизации, обеспечивая буферность и поглотительную способность почв по отношению к удобрениям, преодоления нагрузки пестицидами и другими химическими веществами. Обеспеченность почв ОВ (органического вещества) определяет возможность минимизации обработки и соответственно сокращения энергетических затрат, способствует повышению устойчивости земледелия при неблагоприятных погодных условиях.

По мере интенсификации земледелия, в особенности применения минеральных удобрений, утрачивается прямая связь содержания гумуса с урожайностью, она опосредуется через перечисленные сложные взаимодействия. Понимание этих взаимодействий совершенно необходимо при решении задач регулирования режима органического вещества почв.

Необходимо соотносить воспроизводство гумуса с продуктивностью культур и экономикой производства.

Содержание и запасы органического вещества в почвах традиционно служат основными критериями оценки почвенного плодородия, а в последние годы рассматриваются и с точки зрения экологической устойчивости почв как компонента биосферы.

ОВ разносторонне влияет на агрономические свойства и режимы почв. Циклические процессы синтеза и трансформации ОВ в агроэкосистеме лежат в основе биогеохимических круговоротов всех биофильных элементов. В свою очередь, эти циклические процессы выполняют важнейшую роль в воспроизводстве свойств почвы, лежащих в основе её плодородия.

ОВ в большей мере определяет пищевой режим почв: на почвах, богатых ОВ, значительно снижаются потери элементов минерального питания в результате миграционных процессов и загрязнения сопряжённых сред

ОВ служит энергетическим материалом при трансформации инертных форм элементов минерального питания в лабильные

ОВ в значительной мере определяет ёмкость поглощения катионов. Большое значение имеет комплексообразующая способность ОВ. С ним связано образование агрономически ценной структуры почвы, увеличение влагоёмкости

Известно стимулирующее воздействие гумусовых веществ на рост и развитие растений

Методы диагностики гумусового состояния почв.

Методы изучения процессов минерализации и гумификации растительных остатков.

Кинетический метод исследования ряда почвенно-экологических процессов, например гумификации и гумусообразования, в различных экосистемах имеет большое теоретическое и практическое значение, в частности, при оценке эволюции почв ландшафтов и обосновании экологических функций гумусовых веществ в биосфере Земли. С общей точки зрения эволюцию можно рассматривать как проблему структурной устойчивости веществ. Причем здесь следует изучать флуктуации не концентраций веществ, а механизмов химических и иных процессов, с помощью которых можно унифицировать существующие кинетические уравнения.

Биологические системы являются чрезвычайно сложными и упорядоченными. Они отличаются способностью сохранять и передавать информацию в виде характерных структур веществ и их функций.

Гумификация — это мезопроцесс, включающий многообразные реакции трансформации органических веществ растительных остатков в новые формы и состояния химических элементов и протекающий не только в почвах, но и иных компонентах ландшафтов (донных осадках рек, плох озер и др.). Гумусообразование — это почвенный макропроцесс формирования, трансформации и миграции как специфических гумусовых соединений (в том числе и ВОВ), так и их производных с типоморфными и иными ионами металлов. В пространстве - времени гумусообразование находит отражение в виде

В экосистемах (биомах) упорядоченность поддерживается с помощью уникального природного процесса - гумусообразования, локализующегося в почвах, на границе живой и неживой природы. Структурная упорядоченность ГС, с одной стороны, отражает особенности функционирования живых организмов, а с другой — специфику потоков индивидуальных органических соединений фотосинтетической природы в экосистемах. Структуры ГС развиваются (самоорганизуются) в условиях неравновесности экосистем — постоянного притока веществ и энергии извне. Часть веществ и энергии покидает экосистемы. Эти особенности и обусловливают флуктуации состава и свойств ГС вблизи квазистационарного состояния многофазной почвенной системы, а также формирование диссипативных структур (в частности, соединений переменного состава. Как только прекращается внешний приток веществ и энергии, например, в почву (а в отношении ГС -- это водорастворимые органические вещества), допустим, из-за распашки целинных степных почв, так сразу же начинается постепенный распад созданных диссипацией своеобразных структур ГС, что находит отражение в содержании и составе гумуса.

ВОВ в период техногенеза осуществляют также активный транспорт и масштабное превращение (дифференциацию состояния и форм) экотоксикантов, особенно ярко выраженные в экосистемах тайги. Подобные процессы могут интенсифицировать техногенные нагрузки и вызывать необратимую деградацию экосистем на Земле не катастрофическим путем (ядерные испытания, вулканическая деятельность, пожары, войны), а вследствие естественной биогеохимической трансформации поллютантов и стремительного накопления их биологически активных форм в трофических цепях экосистем. Одновременно эти процессы уже кардинально нарушают основы безопасности жизнедеятельности высших живых организмов и системную организацию биосферы.

Поэтому приведенные сведения о гумусообразовании следует рассматривать как недостающее звено в цепи экологической информации о специфике функционирования и оценке состояния наземных экосистем.

Качественный состав нативных новообразованных продуктов гумификации изучали методом сорбционных лизиметров, со­вместив его с изотопно-индикаторным методом. При этом целесообразно применять низкозольный активированный уголь, поскольку высокозольные аналоги (марки "БАУ", "ОУ" и др.) приводит к смещению соотношений групп ВОВ при их хроматографиро-вании в направлении преобладания специфических продуктов, в частности фульвокислот (ФК), и получению некорректной информации.

Гетерогенный молекулярно-массовый состав и наличие различных классов органических и органо-минеральных соединений в биогеохимическом цикле углерода (биота наземных экосистем — растительные остатки — геохимический ландшафт) предопределяют системный подход при изучении экологических функций ГС в многообразных и взаимосвязанных процессах почвообразования на микро-, мезо- и макроуровнях структурной организации химических соединений в почвенном пространстве — времени. К ним относятся гумификация и гумусообразование, а также процессы минерализации, консервации опада в виде органогенных генетических горизонтов и, наконец, мобилизация в рас­твор ВОВ. Эти процессы реализуются по-разному в конкретных ландшафтно-географических зонах Земли и самобытны в той или иной экосистеме, отличаясь кинетическими параметрами сопряженных и автокаталитических реакций гумусообразования, промежуточными и конечными продуктами, а также последующими стадиями трансформации, масштабом абиогенной миграции) и биодеградации ГС.

Методы диагностики коэффициентов гумификации и минерализации растительных остатков (опыты с ¹⁴С)

Существует четыре метода диагностики коэффициента гумификации органических веществ, содержащихся в тех или иных растительных остатках. Первый — по увеличению запасов углерода гумуса за счет поступления в почву свежих остатков растений (корневой и наземный опады). Этот метод предусматривает:

выбор идентичных по почвенно-экологическим условиям опытной и контрольной площадок; внесение в почву опытной площадки конкретных остатков растений или удобрений в дозе примерно 1/3 запаса гумуса в гор. А (по углероду), что может обеспечить достоверную прибавку гумуса в почве в течение 5...10 лет (согласно кинетической кривой); поддержание в течение всего периода наблюдений одинаковы; режимов удобрения, обработок и орошения; определение прироста (а, возможно, и непредвиденной убыли вследствие аномально! о к_мин) запасов гумуса в гор. А, или А^л на опытной и контрольной площадках; учет характерного времени, в течение которого происходит практически полное превращение растительных .

Второй метод - определение k_гум методом радиоактивных изотопов, которыми метятся органические вещества растительных остатков, используемые в полевых модельных опытах. По мнению А.Д. Фокина, растительная масса должна быть тотально меченная изотопом "С (метка в одинаковой мере метит все основные компоненты органических веществ растений: лигнин, полисахариды, клетчатку, углеводы, жиры, белки). Используют также двойную метку предварительных вегетационных опытах важно получить пассу растений с достаточно высокой удельной активностью: порядка единиц микрокюри на 1г углерода растительных остатков. При этом методе наиболее просто провести наблюдения за кинетикой минерализации меченых органических субстратов и установить коэффициент минерализации к. Рассчитывают убыль массы остатков через известные интервалы времени и строят кинетическую кривую. Скорость минерализации Гумусообразователей (групп ВОВ) существенно превышает темп минерализации самих ГС почвы. Параметры, характеризующие темп трансформации остатков "растений в экосистемах: относительная Р, средняя и истинная скорости, а также период полупревращения. По мнению А.Д. Фокина, только через 8...9 лет скорость минерализации соответствует скорости разложения ВОВ, включившихся в периферические структуры конституционных молекул ГС почвы, к_гум для подзолистой почвы составляют 10...12%, а для дерново-подзолистой — 7...9%.

Третий метод оценки kгум и kмин органических веществ — по данным радиоуглеродного датирования. Возможность датировки почв реализуется в зрелых экосистемах, где почва находится в стационарном (равновесном) состоянии с окружающей средой. Для-такой почвы, как считает Л.Н. Александрова (1980), приемлемо уравнение гумусового баланса: О • kгум = О • 1шин,

где О — масса растительного опада, г/м²; к; — коэффициент гумификации; О — запас гумуса в конкретном почвенном горизонте, г/м²; k — коэффициент минерализации ГС почвы. Однако подобное равенство можно использовать только для приближенных расчетов. В реальных почвах, как уже отмечалось, левая часть уравнения не будет соответствовать правой из-за различного темпа минерализации ВОВ, мобилизующегося из опада, и аналогичного параметра в отношении ГС, сорбционно закрепленных почвой.

Тем не менее, если известен возраст ГС (т) — а в почвах таежных экосистем гумус интенсивно обновляется, — который наиболее точно определяется радиоуглеродным методом, то можно найти величину гай. Параметр, обратный т, соответствует доле углерода ГС почвы, обновляющегося в среднем за 1 год. Так, если возраст ФК составляет 450 лет, то к мин = 100/т = 0,22, или 22% обновляется за 1 год в дерново-подзолистой почве. Если возраст ГС в черноземе составляет 1200 лет, то к; мин = 100/1200 = 0,083, или 8,3%, т.е. молекулярные структуры обновляются более медленно вследствие специфики трансформации опада, своеобразия природы ВОВ и инертности самих ГС .

Четвертый метод - совместное использование сорбционных лизиметров и их модифицированных вариантов с радиоактивными изотопами. Подобный подход позволяет не только изучить особенности процесса гумификации (формирования групп ГС) с количественных позиций, но и охарактеризовать состав и молекулярные массы новообразованных ВОВ. Так, только в осенне-ранневесенний период убыль массы органогенного субстрата достигает в почвах позоны южной тайги 56...63%.

В составе ВОВ диагностированы преимущественно индивидуальные органические компоненты (57...80% Собщ ВОВ) с низкими величинами молекулярных масс (ММ меньше 1 ООО): в группе индивидуальных веществ их доля по углероду составляет около 58%, а в групде.фК— 85%. Рассматриваемые группы ВОВ генетически взаимосвязаны, а ФК формируются уже на начальном этапе трансформации опада растительности, локализованного в таежных экосистемах на поверхности подзолистых почв. С увеличением исходной негумифицированной массы растительных остатков, локализованных в сорбционных лизиметрах (с 10 до 40 мг), закономерно возрастает и доля специфических компонентов (ФК) в составе новообразованных ВОВ: с 24 до 43% С, ВОВ. Очевидно, что имеет место так называемый "масштабный эффект", заключающийся в том, что после преодоления порога критической массы ВОВ в растворе начинается активное формирование ("сборка') молекулярных структур качественно новых соединений, в частности химически активных ФК.

По всей видимости, подобный порог не преодолевается в начальных биохимических реакциях, характерных для подзолистых почв, при образовании сложных структур типа гуминовых кислот. Иначе говоря, в почвах таежных экосистем для "сборки" молекул ГК не только не хватает подходящего сырья (компоненты ВОВ своеобразны по химическому составу, слабо закрепляются почвенными минералами и легко элюируются водой), но оно оказывается не соответствующего качества: ВОВ имеют очень низкое содержание N и Са²*, избыток протонов, содержат низкомолекулярные органические вещества с кислотными функциями, заметно не насыщены ионами металлов.

Среди последних в индивидуальной группе ВОВ, выделенных из гор. А^т, преобладают полифенольные компоненты, количество которых по углероду варьирует от 20 до 34% Собщ данной группы ВОВ в свежем и от 12 до 24% в гумифицированном субстрате;

уроновые и другие органические кислоты. Их относительное содержание в водных вытяжках колеблется соответственно от 16 до 30% и от 8 до 16% из свежего опада; из гумифицирован-ного — от 8 до 20% и от 2 до 10% от С данной группы ВОВ .

В подзоне средней тайги микропроцессы гумусообразования тесно связаны, в частности, со степенью гидроморфности подзолистых почв и характером их использования. В автономных (водораздельных) почвах элювиальных ландшафтов пре­обладают такие процессы, как консервация и минерализация новообразованных ВОВ, а в полугидроморфных аналогах (развитых и грансаккумулятивных ландшафтах) основные статьи баланса новообразованных ВОВ выражены менее контрастно. Здесь доминируют абиогенная миграция и включение ВОВ в биогенный поток. Наряду с этими, статьями установлено участие углерода ВОВ в сорбционном обновлении ГС, варьирующее от 4,1...5,8% (автономные почвы) до 18,2% за 2 года (полугидроморфные). В подобных реакциях участвуют ВОВ, обновляющие главным образом молекулярные структуры ФК, а среди них фракции свободных и связанных с полуторными оксидами Ре я А1.

Принцип метода радиоактивных индикаторов базируется на положении, что радиоактивный изотоп или меченая молекула ведут себя идентично стабильному изотопу или немеченому веществу, входящему в сложное природное соединение

Биогумус и его агроэкологическое значение.

Биогумус представляет собой комковатое микрогранулярное вещество коричнево-сероватого цвета с запахом земли. Содержащееся в биогумусе органическое вещество в значительном количестве представлено гуминовыми кислотами (31,7-41,2%) и фульвокислотами (22,3-34,8%). Среди гуминовых кислот наиболее ценная фракция – гуматы кальция (43,3-47,6%). Наличие в вермикомпосте фульватно-гуматного типа гумуса (Сгк: Сфк = 1,18-1,42) способствует формированию агрономически ценной структуры почвы.

В зависимости от размера гранул биогумус подразделяют на следующие виды.

Модер (0,3-0,7мм) – мягкая фракция биогумуса. Используют его для подкормки огородных, парниковых, тепличных, оранжерейных культур.

Мор (гранулы размером 0,7-1мм) – самая крупная фракция биогумуса. Предназначена для применения в растениеводстве, огородничестве и садоводстве. Вносят ее при посеве в рядки, лунки, гнезда.

Муль (гранулы размером до 0,1мм) – мельчайшая фракция биогумуса (или гумусовая мука). При внесении в почву сразу же растворяется и усваивается растениями. Используется для некорневых подкормок, «лечения» растений, перенесших стрессовое состояние при пересадках, а также для получения быстрого эффекта при выращивании растений.

Показатели качества гумуса:

Влажность – 30-40%

Органическое вещество 20-30%

Водорастворимые соли – 0,5%

рН 6,5-7,5

Общий азот не менее 1,5

Р₂О₅ – 1,2-1,5

К₂О – 1,1-1,2

С:N – 15

Mg – 1%

Ca – 4%

Биогумус не должен содержать вещества, биологически не перерабатываемые (полимеры, камень, стекло); растения, способные размножаться. Предельные параметры возбудителей патогенных заболеваний человека допускаются в биогумусе, экз. на 1г: фекальный стрептококк – 10, колиформ – 10, сальмонелла не обнаруживается в 20г.

В результате обобщения и анализа накопленных материалов были сформулированы основные агроэкологические свойства биогумуса:

-биогумус превосходит основные органические удобрения по действию на рост, развитие и урожайность различных сельскохозяйственных культур;

-элементы питания в биогумусе находятся в органической форме, что надежно предотвращает их вымывания и способствует пролонгированному действию;

-доступность элементов питания в биогумусе значительно больше, что обусловлено содержанием большинства необходимых для растений элементов в хорошо усвояемой форме;

-оптимальная реакция среды, формируемая наличием биогумуса, создает, в свою очередь, более благоприятную среду для развития растений;

-биогумус характеризуется высокой буферностью, поэтому не создается избыточная концентрация солей в почвенном растворе, что обычно происходит при внесении высоких доз минеральных удобрений;

-богатство полезной микрофлоры в биогумусе существенно увеличивает его питательное и фитосанитарное значение, для высших растений;

-отсутствие семян сорной растительности минимизирует в последующем необходимость механической или химической борьбы с сорняками;

-содержание в биогумусе биологически активных веществ (ауксинов, гетероауксинов и др.) уменьшает стрессовое состояние растений, особенно рассады, увеличивает приживаемость, ускоряет прорастание семян, повышает устойчивость растений к заболеванием и т.д.

-установлена возможность червей и биогумуса связывать радионуклиды, находящиеся в почве и органических удобрениях, резко уменьшать поступление тяжелых металлов в растения. Выявлено положительное влияние биогумуса на уменьшение содержания нитратов в сельскохозяйственной продукции и улучшение ее пищевой ценности при одновременном увеличении урожайности.

1т органической пищи, при переработке ее червями дает кроме 600кг гумусового удобрения 100кг биомассы червей. Сухое вещество тканей червей составляет 17-23%, сырой протеин -60%, липиды – 6-9, азотные экстрактивные вещества – 7-16%. Из тела червей после соответствующей обработки получают белковую муку, которая по аминокислотному составу приближается к мясной, превосходя ее по содержанию всех незаменимых аминокислот (за исключением глицина). Используют вермикультуру также в медицине, фармакологии и косметической промышленности.

Вермикультура, ее характеристика и перспективы использования.

Вермикультура – это компостные черви в органическом субстрате. Не редко под этим термином подразумевают исключительно червей или только субстраты. Верникультуру можно представить как сложное биоценотическое сообщество, ограниченное определенным биотопом в составе культурного ландшафта.

Черви объединяют несколько типов групп беспозвоночных, среди которых коловратки, нематоды, энхитреиды, кольчатые и дождевые черви. Именно последние имеют большое значение в почвообразовательном процессе, в формировании и поддержании плодородия почв. Главный источник питания червя – растительные остатки.

В зависимости от места обитания червей делят на 3 группы: поверхностно-живущие(подстилочные); почвенно-подстилочные; третьянорники, которые прокладывают глубинные ходы в почве.

В природной обстановке в размножении люмбрицид (дождевых червей) отмечается сезонность. Максимум в интенсивности этого процесса наблюдается весной и осенью.

Черви могут голодать 2,5 мес. При низких температурах (0-5°С) период голодания увеличивается до 3-4 мес. Они влаголюбивы, умеренно теплолюбивы. Оптимальная температура для питания 20-25°С, для размножения 12-17°С. Нуждаются в аэрации. Непригодны для культивирования червей песчаные и глинистые, кислые и засоленные почвы. Оптимальной реакцией среды является нейтральная и слабокислая. Черви очень боятся ветра. В естественных условиях обитания черви не болеют и не подвергаются каким-либо эпидемиям. Гибель дождевых червей в природных условиях довольно часто вызывает чрезмерная химизация почв.

Достаточно велико значение червей в облагораживании почв. Осознание этого предопределило большой интерес к искусственному их культивированию. Так, в результате многолетней селекционной работы, проведенной американскими исследователями, в 1959 г. В Калифорнии была выведена новая разновидность дождевого червя, получившая название «калифорнийский гибрид красного червя» или просто «калифорнийский красный червь».

По плодовитости и активности гибрид существенно превосходит обычного дождевого червя и в отличие от него хорошо поддается выращиванию в искусственных условиях. В отличие от своих диких сородичей калифорнийский гибрид является «домоседом». При наличии пищи он не расползается и потребляет в день ее примерно столько же, сколько весит сам. Селекционеры генетически запрограммировали гибрид на круглосуточную переработку отходов с высоким коэффициентом полезного действия (40 % потребляемой пищи расходуется в процессе жизнедеятельности, а 60 % после переваривания выделяется в виде экскрементов – копролитов, т.е. продуцируемого биогумуса).

Билет №16

1.(11) Основные токсиканты в природных средах и сельскохозяйственной продукции. Особенности метаболизма токсикантов в различных экосистемах. Источники поступления токсикантов в экосистемы и агроэкосистемы.

3 группы токсикантов:

Химические: тяжелые металлы - Наиболее опасными загрязняющими веществами признаны тяжелые металлы: свинец, ртуть, кадмий, мышьяк, цинк, никель. Примерно 90% т.м., поступающих в окружающую среду, аккумулируются почвами. Затем они мигрируют в природные воды, поглощаются растениями и поступают в пищевые цепи. Свинец, ртуть, кадмий, мышьяк и цинк считаются основными загрязнителями. Данные элементы обладают большим сродством с физиологически важными органическими соединениями и способны подавлять наиболее значимые процессы метаболизма, тормозят рост и развитие. В с/х производстве это приводит к снижению продуктивности и ухудшению качества продукции. В живых организмах т.м. играют двоякую роль. В малых количествах они входят в состав биологически активных веществ, регулирующих нормальных ход процессов жизнедеятельности. Поступившие в организм человека, т.м. накапливаются в печени и выводятся крайне медленно.

Нитраты и их производные - С/х продукции без нитратов не бывает, поскольку они являются основным источником азота в питании растений. Азотные удобрения способствуют увеличению поступления из самой почвы нитратов, образующихся при минерализации органического вещества. На процессы накопления нитратов в овощах влияет загрязнение почвы и поливной воды.

Пестициды – химические элементы для борьбы с сорняками, вредителями, болезнями с/х растений, зерна. При систематическом применении стойких высокотоксичных пестицидов наблюдается загрязнение окружающей среды, что приводит к уничтожению полезных насекомых, птиц, зверей.

Диоксины (яды без порогового действия) – обладают высокой биологической активностью. При попадании в окружающую среду диоксины интенсивно накапливаются в почвах, водоемах, активно мигрируют по пищевым цепям. Эффективно накапливаются в жировой ткани, в печени в больших количествах. В воздух диоксины попадают в результате сжигания на мусоросжигательных заводах, промышленных предприятий, выхлопа автотранспорта. Источники диоксина: нефтепереработка, металлургическая промышленность, деревоперерабатывающая, переплавка лома, железа, меди, производство алюминия.

Бензапирены – обладают высокой активностью, образуются при неполном сгорании топлива и при некоторых видах термической переработки органического сырья. Источники загрязнения – автомобильный транспорт. Выделяясь с выбросами автотранспорта в атмосферу, Бензапирены оседают на поверхности почв различных экосистем и принимают активное участие в физико-химических и биохимических процессах, протекающих в окружающей среде.

Физические: электромагнитное излучение - Электромагнитное загрязнение возникает в результате изменения электромагнитных свойств среды (от линий электропередачи, радио и телевидения, работы некоторых промышленных и бытовых установок). Особенно опасны для человека излучения высоких энергий – рентгеновские, гамма-излучения; в меньшей степени – ультрафиолетовое и микроволновое. Электромагнитные поля, возникающие при прохождении тока по проводам также оказывают отрицательное воздействие. Наиболее мощные источники электромагнитного излучения – телевизионные и радиостанции, радиолокационные станции, линии передач электрического тока. При излучении воздействия электрических полей на животных наблюдали изменения обмена микроэлементов (железа, марганца, меди), увеличение щитовидной железы, содержания глюкозы в крови. Деревья, высокие кустарники и растения служат эффективными естественными защитными экранами от воздействия ЛЭП. В то же время не исключается негативное воздействие электрических полей промышленной частоты на гибель лесов.

Шумовое - В зависимости от силы и длительности действия шум способен причинить ощутимый вред здоровью. Многолетнее действие шума ведет к повреждению органов слуха человека, возможности развития тугоухости и даже глухоты. Измеряют силу шума в баллах. Шумовые раздражения – одна из причин расстройства сна. Шумовой стресс характерен для всех высших организмов. Особенно отчетливо он выражен у людей как эмоциональное и физическое напряжение. Отмечаются также функциональные нарушения в организме, проявляющиеся в изменении активности мозга и центральной нервной системы, повышении давления. Одно из целесообразных, экологически обоснованных направлений борьбы с шумом – максимальное озеленение территорий. Растения обладают исключительной способностью задерживать и поглощать значительную часть звуковой энергии. Густая живая изгородь способна в 10 раз уменьшить шум, производимый машинами.

Биологические: микотоксины – токсичные продукты жизнедеятельности различных видов микроскопических грибов. В организме человека микотоксины попадают с продуктами питания растительного и животного происхождения.

Особенности метаболизма токсикантов в различных экосистемах

Метаболические превращения – это наиболее распространенная реакция организма на выведение чужеродного вещества. В окружающей среде токсиканты подвергаются различным изменениям: рассеиванию, биотрансформации, переносы на большие расстояния, биоаккумуляция, миграции, гидролизу.

При воздушном (аэральном) загрязнении длительность пребывания токсиканты и возможность его перемещения зависят от скорости потока воздуха и турбулентности (смешивания) воздушных масс, а также направлен и розы ветров. При аэральном загрязнении может иметь место фотохимический эффект, т.е. разложен под влиянием света. Этим эффектом объясняется более высокая концентрация некоторых пестицидов в лесных почвах по сравнению с почвами открытых участков, где разложение пестицидов идет быстрее под действующим света. В воздушной среде некоторые токсиканты (например, диоксины) обладает способ осаждаться на мелких частицах, например, пыли и прилипая к ней (явление адгезии), усиливая опасность загрязнения.

Водная среда – важный фактор в транспорт токсикантов. Они могут поступать в поверхностные воды из промышленных отходов, случайных смывов и грязевых потоков. Особенности поведения токсикантов в водной среде заключается в их способности к высокой биоаккумуляции.

Основная же роль в деградации токсикантов принадлежит микробной компоненте почвы, т.е. именно биологическая активность почв определяет ее самоочищающую способность.

Например, в условиях высокой биологической активности период полураспада, пестицид составляет менее 6 мест, в то время как те же пестициды в условиях с умеренной биологической активностью разлагались несколько лет.

Особенности поведения токсикантов в почве

Одна из особенностей – исключительно длительное пребывание их в этой среде. Другая особенность обуславливает ее сорбционной способностью, что имеет важное значение в биологическом круговороте токсикантов.

Компонентами почв, участвующими в сорбции ТМ, являются:1)оксиды, главный образ, железо и марганец и в меньшей степени алюминий и кремний; 2)органические вещества живых организмов; 3)карбонаты, фосфаты, фосфиды и основные соли; 4)глины. Например, сорбционная емкость гуминовых кислот в 500-900 раз выше, чем у кварца.

Гуминовая кислота почвы, содержащей 4% гумуса, может сорбировать в расчете на 1 га: 4500 кг свинца; 17929 кг железа; 1517 кг меди; 1015 кг цинка; 913 кг марганца. На сорбционную способность влияет и механический состав почвы, определяет площадь поверхности частиц.

Накопление токсичных веществ (например, ТМ) характеризуется коэффициентом загрязнения: отношение содержащих веществ (элемент) в почве к фоновой концентрации данного вещества (элем). Коэффициент активности загрязнения определяется отношением подвижных форм ТМ к фоновой концентрации. Из почвы токсиканты поступают в растения, вызывают их загрязнение.

Активность накопления веществ (элементов) в растительных организмах характеризуется коэффициентом биологического поглощения (КБП) или транлокационным показателем – отношение содержание веществ в растении к концентрации его в почве.

У некоторых растений выявлена способность к биоконцентрированию. Так, морковь способна накапливать различные минеральные и органические соединения, в частности различных пестицидах (например, ДДТ)

Дождевые черви могут накапливать ДДТ в концентрации, во много десятков раз превышающей содержание его в гумусе, которые питаются эти черви. Эту особенность необходимо учитывать при вермикультивировании и использовании биогумуса.

Соединение ртути не обладает канцероген и мутаген действием, однако в связи со способностью Hg проникать через плаценту известны многочисленные случаи эмбриотоксического эффекта.

Источники поступления токсикантов в экосистемы и агроэкосистемы.

Основными источниками загрязнения окружающей среды в энер­гетике являются тепловые электростанции. Наиболее характерно хи­мическое и тепловое загрязнение. Если обычно сгорание топлива бывает неполным, то при сжигании твердого топлива в котлах на ГЭС или ТЭЦ образуется большое количество золы, диоксида серы, канцерогенов. Они загрязняют окружающую среду и оказывают вли­яние на все компоненты природы. Например, диоксид серы, загряз­няя атмосферу (табл. 4), вызывает кислотные дожди. Источником загрязнения подземных вод являются многочисленные золошлакоотвалы. Сильно загрязнены подземные воды в районе Курс­ка (ТЭЦ-1), Нижнего Новгорода (Сормовская ТЭЦ), Конаково (КонаковскаяГРЭС).

К городам с наибольшим уровнем загрязнения атмосферы, где оп­ределяющим является влияние предприятий энергетики, относятся Иркутск, Ростов-на-Дону, Саратов, Улан-Удэ, Хабаровск, Чита, Южно-Сахалинск. Металлургическая промышленность.(Черная и цветная металлур­гия относятся к самой загрязняющей природную среду отрасли. На долю металлургии приходится около 40% общероссийских валовых выб­росов вредных веществ, из них по газообразным веществам около 34%, по твердым около 26% (рис. 3 5).

В среднем на 1 млн. т годовой производительности заводов черной металлургии выделение пыли составляет 350, сернистого ангидрида —200, оксида углерода—400, оксидов азота—42 т/сутки.

Черная металлургия является одним из крупных потребителей воды. Водопотребление ее составляет 12—15% общего потребления воды. Сточные воды предприятий цветной металлургии загрязнены ми­неральными веществами, фторореагентами, большей частью токсич­ные (содержат цианиды, ксаногенты, нефтепродукты и т. д.), солями тяжелых металлов (меди, никеля, свинца, цинка и др.), мышьяком суль­фатами, хлоридами, сурьмой, фтором и другими..

Химическая, нефтехимическая и целлюлозно-бумажная промышленность. Эта отрасли относятся к одним из основных загрязнителей воздушного бассейна (углекислый газ, окись углерода, сернистый газ углеводороды, соединения азота, хлора, мышьяка, ртути и т д), воды и почвы(нефть и продукты нефтехимии, фенолы и другие ядовитые веще­ства, сульфитные сточные воды целлюлозно-бумажной промышленно­сти и др.

Предприятия химической и нефтехимической промышленности являются источниками загрязнения подземных вод металлами, мета­нолом, фенолом в концентрациях, достигающих нередко сотен тысяч ПДК на площадях в десятки квадратных километров, что приводит к невозможности использования водоносных горизонтов для питьевого водоснабжения.

Негативная роль транспортно-дорожного комплекса в ухудшении качества окружающей сре­ды в 70—90-егодыХХв. постоянно возрастает. Из 35 млн. тонн вредных выбросов 89% приходится на выбросы предприятий автомобильного транспорта (рис. 37) и дорожно-строительного комплекса, 8% — на железнодорожный транспорт, около 2% — на авиатранспорт и около 1%—на водный транспорт.

Более 200 наименований вредных веществ и соединений, в том числе и канцерогенных, содержат отработанные газы двигателей внутреннего сгорания. Нефтепродукты, продукты из­носа шин и тормозных накладок, сыпучие и пылящие грузы, хлориды, используемые в качестве антиобледенителей дорожных покрытий, заг­рязняют придорожные полосы и водные объекты.

Загрязнение атмосферы асфальтобетонными заводами имеет су­щественное значение, так как выбросы этих предприятий содержат кан­церогенные вещества. В настоящее время эксплуатируемые асфальтосмесительные установки разной мощности выбрасывают в атмос­феру от 70 до 3 00 тонн взвешенных веществ в год.

Ежегодно на подвижных дорожных объектах, которые обеспечива­ют строительство, ремонт и содержание дорог общего пользования, выбрасывается 450 тыс. тонн пыли, сажи и других вредных веществ. Свыше 130 тыс. тонн загрязняющих веществ поступает от стационар­ных источников загрязнения.

В поверхностные водоемы этими же предприятиями сбрасывается 43 млн. м³ загрязненных сточных вод.

От работы воздушного транспорта выбросы в атмосферный воздух в 1992 году составили 280 тыс. тонн. Из-за высокого шумового воздей­ствия воздушного транспорта серьезные проблемы возникают для при­легающих к аэропортам территорий жилой застройки. Наблюдается заметный рост доли населения, страдающего от авиационного шума.

Внедрением индустриальных методов и в этих отраслях произошли существенные изменения, которые неблагоприятно сказываются на среде Механизация и химизация сельского хозяйства сопровождает­ся загрязнением выхлопными газами атмосферного воздуха, загряз­нением маслами, бензином дорог. Минеральные удобрения, особен­но азотные и фосфорные, атакже химические средства защиты расте­ний (пестициды) загрязняют почву, воду, а в результате могут нанести вред здоровью людей.

Нерациональное землепользование вызывает эрозию почвы, а не­рациональное ведение лесного хозяйства ведет к обезлесению, вызыва­ющее в свою очередь изменения в растительном и животном мире, нередко приводящие к исчезновению некоторых видов растений и жи­вотных. Более подробно последствия производственной деятельности в сельском и лесном хозяйстве мы рассмотрим в разделах охраны и рационального использования растительных и земельных ресурсов.

Значительное загрязнение воздуха и земли происходит в процессе производства, испытания и хранения обычного, химического, биоло­гического и ядерного оружия.

Промышленные комплексы по производству вооружения потребляют колоссальные количества дефицитного сырья и энергии. Например, на военные нужды расходуется 9% всей мировой продук­ции металлургии.

Отрицательное воздействие на окружающую среду оказывают и испытания ядерного оружия, которое несет губительные послед­ствия для растительного и животного мира, но самое опасное, ког­да в зоне испытаний оказывается человек (рис. 38).

Испытания влекут за собой опасность радиоактивного облучения, в результате которого возникают тяжелые заболевания (лейкемия, рак щитовидной железы).

2. (30). Методы ландшафтных исследований в экологии. Картографирование. Характеристика картографических материалов природоохранного назначения. Дистанционные методы исследования природных ресурсов, экосистем и агроэкосистем.

1. Эколого-геохимические

1. Геохимические: а)литохимический - изучают в ландшафте распределение тех или иных химических элементов в почвообразующих и коренных породах; б)геоботанический - оценка развития типов растений над породами и почвами, содержащими избыточные концентрации химических элементов;в) биогеохимический - по увеличению концентрации химических элементов в растения над зонами оруденения судят о пространственной аккумуляции веществ; г)гидрогеохимические - систематическое изучение качественного химического состава подземных и поверхностных вод; атмохимический - диагностика состояния воздуха;д) шлиховый - прослеживание путей миграции химических элементов

2. Физико-химические: 1)спектральные (эмисионная атомная спектроскопия, атомно-абсорбционная спектроскопия, инфракрасная спектрофотометрия, люминисценция и т.д.);2) электрохимические - основаны на измерении электропроводности, потенциалов и других свойств веществ в растворах (кондуктометрия, потенциометрия, вольтамперметрия и т.д.); 3) хроматографические (основаны на сорбционно-десорбционном разделении сложных смесей веществ при направленном потоке жидкости (газа) между двумя несмешивающимися фазами (газовая, газожидкостная, жидкостная, тонкослойная, ионообменная и др.), термические

3. Гидрохимические - связаны с рядом специфических особенностей проведения ХЭ в водных растворах

4. Кинетический - с помощью модифицированного метода сорбционных лизиметров

5. Аналитические методы диагностики мигрантов и форм миграции веществ в ландшафтах

2. МЭИ

1.1. Полевые наблюдения

1. Общие (методы картографии ландшафтов, геоботанические, почвоведения, гидрологии, метеорологии и т.д)

2. Специальные (методы геохимии ландшафтов, экологической химии и биогеохимии, радиоактивных индикаторов, лизиметров, агрохимии

3. Собственно МЭИ (методы изучения биогеохимических потоков, исследования взаимодействия, трансформации и переноса веществ, методы изучения сопряжённых потоков веществ высшими, низшими растениями и микрофлорой

1.2. Лабораторные МЭИ

1. Моделирование (экспериментальное, математическое, компьютерное, методы ГИС)

2. Инструментальные физико-химические методы (спектральные, хроматографические, электрохимические)

1. Методы географического прогноза и экологическая экспертиза

Экологическое картографирование

Изучение математической основы карт; способы картографических изображений; генерализацию; классификацию карт и атласов; тематические карты; содержание и информационные источники экологических карт; покомпонентное и комплексное экологическое картографирование.

Осваивают основных направлений экологических исследований на

современном этапе:

биоэкологические исследования (отношения организмов со средой обитания);

исследования общих закономерностей функционирования экосистем различного

иерархического уровня;

исследования качеств среды обитания живых организмов, включая и человека,

качеств различных геосфер;

исследования взаимодействия общества с экосистемами. Своеобразие

географических подходов в данных направлениях экологических исследований.

Проводится геоэкологическая оценка качеств природных условий и

ресурсов территории, механизмов взаимодействия (взаимовлияния) общества и

природы. Изучаются критерии оценки качеств среды; особенности информационного

обеспечения экологическими параметрами; нормативная база экологической оценки

территории, общие представления о системе территориального проектирования

(генсхемы, территориальные комплексные схемы охраны природы, оценки воздействия на окружающую среду и т.д.); использование картографических экологических оценок в современных предпроектных и проектных исследованиях и разработках.

Основные принципы картографических методов оценки современного

экологического состояния территории и прогноза последствий хозяйственной

деятельности:

целенаправленность по уровням оценки (глобальный, федера

ный, областной, районный, местный и т.д.), отраслям хозяйства или правлениям

использования территории, объектам оценивания и прочее;

историческая относительность оценки в связи с меняющимися представлениями о

качестве среды обитания;

приоритетность в оценках качеств условий и ресурсов в различ ных регионах;

необходимый и достаточный набор критериев оценки качеств среды в зависимости

от субъектов оценки.

Немало времени уделяется эколого-географическому картографированию

воздушного бессейна.

Прежде всего стоит отметить охрану атмосферного воздуха ( нормативы ГОСТы),

классификацию атмосферных источников загрязнения для целей картографирования,

показатели загрязнения атмосферы.

В информационном обеспечении рассматриваются источники для

картографирования, использование информации из космоса для мониторинга

загрязнения атмосферы и составления карт.

Также необходимо отметить картографирование глобального климата,

картографирование озонового слоя атмосферы, мониторинг и картографирование

содержания углекислого газа в атмосфере, картографирование глобальных изменений

климата и палеоклиматические реконструкции, картографирование фонового и

теплового загрязнения атмосферы на региональном уровне, картографирование

механизма и последствий выведения примесей из атмосферы, мониторинг и

картографирование атмосферных выпадений и кислотных осадков, картографирование трансграничного переноса примесей, микроклиматическое картографирование городов, эколого-географическое картографирование поверхностных вод (реки, озера, водохранилища, ледники, качество вод; химические, физические, гидробиологические и органолептические характеристики.Запасы и качество водных ресурсов Сезонная и многолетняя динамика характеристик. ГОСТы на потребление водных ресурсов.

Потребность в воде населенных пунктов, различных отраслей промышленности и

направлений сельского хозяйства. Антропогенное влияние на водные объекты.

Характер загрязнения вод - органическое, минеральное, нефтяное, тепловое и др.

Показатели. Предельно допустимые концентрации (ПДК).

Дистанционные методы исследования природных ресурсов, экосистем и агроэкосистем. Дистанционное зондирование зем­ной поверхности методами аэрофотосъ­емки или из космоса позволяет значи­тельно снизить стоимость получения информации и увеличить ее объем, обеспечить оперативность информаци­онных потоков, поскольку проводимый мониторинг осуществляется относи­тельно простыми, но высокотехнологи­ческими средствами. Например, спут­ник системы «Ландсат» (США) переда­ет изображения, ориентировочная сто­имость которых составляет 1 цент за 1 км² обследуемой территории. Для сравнения — при наземных исследова­ниях стоимость получаемых данных (разумеется, более детализированных), например по растительному покрову, достигает порядка 100 долл. за 1 км².

Необходимо иметь в виду при этом, что методология дистанционного мони­торинга, основанная на корректирова­нии, условно говоря, экстенсивных и интенсивных данных, получаемых в ре­зультате наземных, авиационных и спутниковых наблюдений, сопряжена с рассеиванием (утратой) определенной части информации. Не в последнюю очередь по этой причине целесообраз­ным и эффективным является построе­ние трехуровневого мониторинга, включающего одновременное исполь­зование данных наблюдений, зафикси­рованных в заданном временном интер­вале на земле, с воздуха и из космоса.

При осуществлении экологического мониторинга, особенно дистанцион­ным путем, существенно возрастает значение интегральных характеристик экологических систем. Они позволяют достаточно объективно судить о круп­номасштабных изменениях природных комплексов, обусловленных влиянием антропогенных факторов .

Стратегия комплексного мониторин­га позволяет ограничиваться сбором на­земной информации лишь на ключевых участках. Дешифрирование же видеоин­формации по остальной исследуемой территории проводят на основе корреля­ций, устанавливаемых по ключевым уча­сткам. Получаемая полезная информа­ция уже сейчас дает достаточно значи­мые результаты несмотря на то, что база для корреляций данных пока еще нахо­дится на стадии формирования.

Для целей дистанционного монито­ринга были созданы специальные спут­никовые аппараты, спутниковые систе­мы «Метеор», «Метеор—Природа» (СССР —Россия); «Ландсат» (США). Еще в начале 70-х годов со спутника «Метеор» принимали изображения, по­зволяющие с достаточной для практи­ческих целей точностью характеризо­вать состояние пастбищной раститель­ности в различных районах б. СССР.

Интересная и обширная, а главное устойчивая информация о состоянии природных систем и ресурсов, есте­ственных и антропогенных процессах на земной поверхности поступает с пи­лотируемых космических станций. Здесь особенное значение имеет воз­можность сбора информации по заранее заданной программе, целенаправленно­го поиска и обнаружения естественных и антропогенных аномалий и т. д.

В целом к настоящему времени по­лучены достаточно интересные и цен­ные сведения о состоянии лесов и сель­скохозяйственных угодий; о раститель­ном покрове суши; о фитопланктоне океанов и морей; о нарушениях почвен­ного покрова в результате антропоген­ной деятельности и эрозионных про­цессов, развития урбанизированных зон; о перераспределении водных ресурсов; о загрязнении атмосферы, суши и моря.

Дистанционные методы расширяют и обогащают возможности комплекс­ного изучения геосистем, различных сочетаний эко- и экотехнических обра­зований, природных и культурных лан­дшафтов, включая агроландшафты. Они служат надежным качественно но­вым инструментом познания в есте­ственных областях науки (география, почвоведение и др.), более совершен­ным средством исследования много­плановых биосферных процессов. Спутниковую информацию успешно применяют при изучении морфо- и геоструктур, определении структуры землепользования, оценке состояния сельскохозяйственных угодий. Ис­пользование многоспектральной съем­ки позволяет выявить и оценить состо­яние разных типов почв и их грануло­метрический состав. Дистанционные наблюдения с искусственных спутни­ков Земли поставляют исходный мате­риал для картирования почв, райони­рования их по отдельным признакам. По количественным характеристикам отражательной способности почв мож­но оценивать ее влажность, грануло­метрический состав, содержание гуму­са и его качественный состав, пару-шенность земельных угодий, засорен­ность полей, качественное состояние растительности и др.

Изменение спектральной яркости природных экосистем позволяет полу­чить также количественную информа­цию о нарушениях растительного по­крова в целом и отдельно по различным (в том числе и агро-) ландшафтам, выз­ванных естественными или антропоген­ными причинами. На основе получае­мой информации можно достаточно приемлемо оценить степень опустыни­вания, перевыпаса, распространения за­болеваний сельскохозяйственных куль­тур, накопления или потери раститель­ной биомассы. Все это очень важно, на­пример, для оперативного планирова- ния в сельском хозяйстве. Аэрокосми­ческие измерения дают информацию о ] степени задымления тропосферы над экологически неблагоприятными терри­ториями, динамике выбросов и влиянии их на состояние эко-и агроэкосистем,

Космические съемки предоставляют широкие возможности для совершен­ствования геоботанического райониро­вания, изучения растительности (естественных ценозов и агроландшафтов), определения продуктивности и запасов биомассы.

Наиболее актуальной задачей явля­ется организация такой системы мони­торинга, которая позволила бы надежно выделять из большого числа характери­стик наиболее существенные, приори­тетные с точки зрения обеспечения ре­шения поставленных задач. К ним от­носится, в частности, получение ин­формативных показателей о формиро­вании и развитии причинно-следствен­ных связей в изучаемых процессах. В конечном счете обогащаются возмож­ности изучения и понимания сущности биосферных изменений различного масштаба, природных и антропогенных воздействий на состояние любой экоси­стемы.

Билет №17

1.(8) Экологические проблемы применения азотных, фосфорных и калийных удобрений. Анализ возможных негативных последействий применения минеральных удобрений и разработка мероприятий по снижению степени их проявления.

Применение органических и минеральных удобрений – одно из основных условий повышения урожайности с/х культур, а также важное звено технологий их выращивания.

Основными причинами загрязнения окружающей среды удобрениями считается несовершенство организационных форм, технологии транспортировки, хранения, нарушение агрономической технологии их внесения в севообороте и под отдельные культуры, несовершенство самих удобрений, их хим-х, физ-х и механических свойств. Неблагоприятное влияние удобрений на окружающую природную среду может быть самое различное: загрязнение почв, поверхностных и грунтовых вод, уплотнение почв, нарушение круговорота и баланса питательных веществ, ухудшение агрохим-х свойств и плодородия почвы, снижение продуктивности с/х культур. Большинство минеральных удобрений характеризуется физиологической кислотностью, поэтому их применение в избыточных количествах обуславливает процессы подкисления почв. Избыток минеральных удобрений вызывает нарушения в биологической компоненте почв, вследствие чего нарушаются процессы трансформации органического вещества.

Азотные удобрения. Азот – основной элемент питания растений. Азотные удобрения относятся к базисным компонентам химизации земледелия. При несбалансированности элементов питания, нарушении водного режима, недостаточной освещенности высокие дозы азотных удобрений могут привести к снижению почвенного плодородия и загрязнения продуктов питания нитратами. Азотные удобрения выпускаются и применяют в твердом и жидком виде. По форме азота твердые азотные удобрения подразделяют на: аммонийные NH4 – сульфат аммония, хлорид аммония; аммонийнно-нитратные NH4NO3 – аммиачная силитра, сулфат-нитрат аммония; нитратные NO3 – нитрат натрия, нитрат кальция; амидные NH2 – карбамид. Из жидких азотных удобрений широко применяют аммиачные NH3. Важным источником накопления нитратов в почве является нитрификация. Под воздействием микроорганизмов-нитрификаторов происходит минерализация органического вещества (гумуса) и внесенных органических удобрений (торфа, навоза, перегноя), в результате образуются нитраты. Наряду с аммонийным азотом нитраты являются основными источником азотного питания растений. Увеличение доз азотных удобрений приводит не только к повышению содержания нитратов в произведенной продукции, но и к снижению в ней содержания витамина С, сахаров. Значительную роль в накоплении нитратов в овощах играют также формы применяемых удобрений, сроки уборки урожая. Азотные удобрения загрязняют природные воды. Внесению удобрений должно предшествовать известкование почв, которое снижает почвенную кислотность и активизирует процесс восстановления нитратов. Важным приемом снижения нитратного загрязнения с/х продукции является внесение достаточного количества полноценного органического удобрения.

Фосфорные удобрения. Используемые в с/х фосфорные удобрения представлены в основном наиболее легко усваиваемыми растениями водо-растворимыми видами: суперфосфат и двойной суперфосфат, сложными удобрениями – аммофос, диаммофос. Для создания условий, благоприятствующих получению полноценного урожая, необходимо наличие в почве достаточного количества доступного фосфора. Недостаток фосфора можно устранить только внесением минеральных удобрений. С фосфорными удобрениями в почву попадают многочисленные токсичные элементы, малоподвижные в почвенной среде. Увеличение содержания Р2О5 привело в природных водах к эвтрофированию водных объектов. Цветение воды приводит не только к ухудшению условий водопотребления, но и к увеличению содержания в ней органического вещества в растворимой форме, что объясняется увеличением рН воды при массовом развитие водорослей.

Калийные удобрения. К наиболее распространенным калийным удобрениям относят: хлорид калия, сульфат калия, серые природные калийные соли. Калийные удобрения содержат балластные элементы, которые могут накапливаться в почве при систематическом применении повышенных доз удобрений, снижая ее плодородие. Эти элементы попадают в грунтовые воды, повышая в них концентрацию солей. Немалую опасность вызывают содержащиеся в калийных удобрениях металлы (кадмий, ртуть, свинец, алюминий), которые могут накапливаться в живых организмах, проникать в грунтовые воды. Для предотвращения больших потерь калия и загрязнения поверхностных и грунтовых вод калийные удобрения следует вносить под основную обработку почвы.

Негативные последствия действия средств химизации на прир.среду:

1. Неправильное применение удобрений ухудшает круговорот и баланс питательных веществ, агрохимических свойств и плодородия почв.

2. Нарушение технологии применения, несовершенство качества и свойств удобренийснижает урожай и его качество.

3. Нарушение оптимизации питания растений макро- и микроэлементамиспособствует развитию грибных и др.болезней, ухудшает фитосанитарное состояние посевов.

4. Попадание питательных элементов из удобрений и почвы в грунтовые воды и поверхностные водоемыусиление развития водорослей и образования фитопланктона (эвтрофикация).

5. Потери некоторых соединений азота в атмосферуможет разрушать атмосферу.

Отрицательное действие	Возможные пути устранения
1. влияние на растения, уменьшение подвижности элементов	Внекорневые подкормки, регулирование эффективной растворимости, окислительно-восстан. потенциала, рН
2. потери гумуса, изменение его фракционного состава	Внесение органических удобрений, регулирвание водного, окисл.-восстан. режима, сбалансированная система удобрений
3. ухудшение физических свойств почвы	Применение структурообразователей, приемов улучшения почвы
4. ухудшение водно-химических и физико-механических свойств	Оптимизация системы удобрений, внесение мелиорантов, орган.удобр.
5. токсикация микробиологической , ферментативной активности	Сбалансированная система удобрений, увеличение буферности почвы, внесение источников питания для микроорганизмов.
6. увеличение концентраций отдельных элементов выше допустимого уровня	Снижение норм удобрений, внекорневая подкормка, внесение антагонистов токсикантов
7. уменьшение адаптивности к болезням и вредителям в результате перекорма	Оптимизация соотношения элементов питания, регулирование доз удобрений, внекорневая подкормка

2. (41). Особенности проведения системного анализа проблемных экологических ситуаций. Моделирование в экологии. Основные типы агроэкологических моделей. Перспективы их использования в сельском хозяйстве.

Системный анализ – совокупность определенных научных методов и практических подходов и приемов решения разнообразных проблем, возникающих во всех сферах целенаправленной деятельности человека на основе системного подхода и представления объекта в виде системы. Системный анализ предназначен для решения слабоструктурированных проблем, состав и взаимосвязи которых установлен только частично. Объект системного анализа в теоретическом аспекте – это процесс подготовки и принятия решений; в прикладном аспекте – это различные конкретные проблемы, возникающие при создании и функционировании систем (экосистем и агроэкосистем).

В теоретическом аспекте системный анализ позволяет выделить:

• общие закономерности проведения исследований, направленные на поиск наилучших решений различных проблем на основе системного подхода;

• конкретные научные методы исследований; выделить составные части проблемы; определить взаимосвязи, существующих как между элементами системы, так и между системой и внешней средой и т.п.

• различные методы и приемы исследований, разработанные в рамках других дисциплин, но применимых для конкретной ситуации.

В анализе любой проблемы практически всегда присутствуют определенные стандартные элементы. Сочетание этих элементов в соответствующей последовательности, диктуемой структурой проблемы и причинно-следственными связями, приводит к ее системному решению (рис.).

Принято выделять пять основных структурно-логических элементов: цель, пути достижения поставленных целей, определение требуемых ресурсов и их распределение, модель и критерий.

При решении задач приведенной (см. рис.) логической цепочки исполь­зуют различные модели и критерии. Умение

		Пути достижения целей		Потребные ресурсы
Цели

Основные элементы системного анализа

Рис. Структурные элементы системного анализа

правильно использовать логические элементы системного анализа обеспечивает достижение планируемого результата. и. Это желаемые состояния системы или результаты ее деятельности, достижимые в пределах некоторого интервала времени.

Главная цель системного анализа – выработка конкретных решений на основе достижений теоретических наук в прикладных целях. Для системного анализа характерна двойственная природа: это научное направление и, одновременно искусство принятия решения. Системный анализ использует принцип поэтапности:

• Постановка цели

• Определение задач

• Формулирование научной гипотезы

• Всестороннее изучение особенностей оптимального варианта.

При достижении поставленных целей проблема распадается на две части:

• Выбор из множества возможных вариантов наиболее рациональных и доминирующих

• Выбор наилучшего варианта из рациональных.

Ресурсы – фильтр, через который пропускается принимаемое решение. Цель и стратегия ее достижения должны соответствовать имеющимся ресурсам. Если их недостаточно, или они находятся в избытке, цель и стратегия должны быть скорректированы.

Потребные ресурсы. Основное свойство ресурсов — ограниченность. Это требует их приоритетного выделения и эко­номного расходования. Отсюда возникает проблема взаимозаменяемости ресурсов.

Ресурсы являются фильтром, через ко­торый пропускают принимаемое решение. Цели и стратегии должны соответствовать имеющимся ресурсам. Если ресурсов не­достаточно, то и цели, и стратегии должны быть скорректированы. Процесс коррек­тирования продолжают до тех пор, пока обеспеченность целей и стратегий ресур­сами не будет достигнута. Однако пере­смотр целей и стратегий возможен и в том случае, если один или несколько ресурсов недоиспользуются. Разумеется, что зада­ние целей, выбор стратегии и определение ресурсов всегда взаимосвязаны

Модель. Этот структурно-логичес­кий элемент будет рассмотрен ниже.

Критерий. В системном анализе это признак, условие, по которому путем со­поставления возможных вариантов, спо­собов достижения поставленной цели вы­бирается наиболее предпочтительный.

В переводной монографии «Введение в исследование операций» (1968) предло­жена следующая, по нашему мнению до­статочно удачная, типизация критериев:

критерии типа «стоимость—эффектив­ность». Основаны на сравнении стоимост­ной оценки расхода ресурсов с результата­ми того или иного направления действий;

«элиминирующие» критерии. Приме­няются для того, чтобы установить диа­пазоны желаемых значений важнейших характеристик системы и исключить те варианты, по которым хотя бы одна характе­ристика не попадает в требуемый диапазон, «взвешивающие» критерии. Это — искусственно построенные «коэффициенты относительной важности». Они присваиваются различным важнейшим характе­ристикам и позволяют рассчитывать «индексы» сравнительной значимости вариантов решения.

Обычно в системном анализе оптимальным считается решение, обеспечивающее наибольший эффект при фиксиро­ванных затратах ресурсов.

Критерий должен отвечать ряду требо­ваний. Основные из них: представитель­ность (учитываются все главные стороны деятельности системы); критичность (чувствительность к изменению исследуемых параметров); единственность; учет стохастичности; учет неопределенности; учет противодействия; простота.

Выбирая критерий, необходимо соб­людать следующее условие: критерии, применяемые для решения задач низшего уровня управления, должны соответство­вать, логически совпадать с критериями, используемыми на следующем, более высоком уровне.

Модель - это вспомогательный объект, находящийся в определенном одективном соответствии с познаваемым оригиналом и способный замещать его на отдельных этапах познания. Моделирование - это разработка, исследование модели и распространение модельной информации на оригинал. Модель должна отражать лишь те особенности оригинала, которые выступают в качестве предмета познания, и она должна быть адекватна оригиналу.

Первый этап моделирования - качественный анализ - является основой любого объектного моделирования. На его основе формируются задачи и выбирается вид модели. Этот этап обязан обеспечить соответствие модели двум вышеуказанным требованиям. Вид модели выбирается исходя из способа построения, из характера самого объекта и др. По способу построения все модели делят на 2 класса: материальные и абстрактные. Материальные модели по своей физической природе сходны с оригиналом. Они могут сохранить геометрическое подобие оригиналу (макеты, тренажеры, искусственные заменители органов и т. д.), подобие протекания физических процессов с оригиналом - физическое моделирование (гидрологическая модель - течение воды и т.д.) и могут быть природными объектами -прообразами оригинала, т.е. натурными моделями (метод пробных участков). Материальные модели используются обычно в технических целях и мало подходят для экологических проблем. Более подходящими для экологического моделирования являются абстрактные модели, представляющие собой описание оригинала в словесной форме или посредством символов и операций над ними, отражающих исследуемые особенности оригинала. Абстрактные модели подразделяются на три типа: вербальные, схематические и математические.

Вербальные модели - это формализованный вариант традиционного естественнонаучного описания в виде текста, таблиц и иллюстраций. Схематические модели разрабатываются в виде различного рода схем, рисунков, графиков и фотографий, основные их достоинства - наглядность, информированность и простота построения (трофические цепи, схемы структуры, динамики и энергетики экосистем и др.). Вербальные и схематические модели - неотъемлемая часть качественного анализа математического моделирования, являющегося наиболее совершенным видом количественного исследования оригинала, позволяющая построить его математическую модель. Математическая модель - это математическое описание оригинала, отражающее его целостность, структуру, динамику, функционирование и взаимосвязи оригинала, внешних и внутренних факторов действия. Это означает, что практически такая модель - есть формула или система уравнений и неравенств. По своему характеру выделяют модели статические и динамические. Статическая модель отражает объект (систему), не изменяющий свое состояние во времени, а динамическая модель отражает объект, изменяющий свое состояние во времени. Подавляющее большинство живых объектов и систем - это динамические системы и могут быть отражены только лишь динамическими моделями.

Второй этап моделирования - это математическая реализация логической структуры модели. С т. зр. технологии применения математ-их методов можно вьщелить аналитические и численные. Аналитическая модель - это построение теоретических концепций с применением строгого математического аппарата, обычно позволяющего вывести общую формульную зависимость. Компьютерские модели делят на имитационные и самоорганизующиеся. Имитационные модели отражают представления исследователя о взаимосвязях в экосистеме и как они реализуются. Наилучшие результаты эти модели дают при составлении прогноза изменений в экосистеме. Самоорганизующиеся модели относятся к классу регрессионных уравнений, в них широко используются вероятностно-статистические методы расчетов.

Третий этап моделирования предусматривает верификацию модели: проверку соответствия модели оригиналу. На данном этапе необходимо удостовериться, что выбранная модель отвечает второму требованию: адекватно отражает особенности оригинала. Для этого может быть проведена эмпирическая проверка - сравнение полученных данных с результатами наблюдений за оригиналом. Модель может быть признана высококачественной, если прогнозы оправдываются. При отсутствии эмпирических данных проводится теоретическая верификация - по теоретическим представлениям определяется область применения и прогностические возможности модели.

Четвертый этап моделирования - это изучение модели, экспериментирование с моделью и экологическая интерпретация модельной информации. Основная цель этапа - выявление новых закономерностей и исследование возможностей оптимизации структуры и управление поведением моделируемой системы, а также пригодность модели для прогнозирования.

В экологии математические модели экосистем предлагают разделить на модели популяционного, биоценотического и экосистемного уровней. Популяционные модели описывают особенности отдельных популяций, отражают их свойства и внутренний закономерности: модели, позволяющие оценить динамику численности и возрастного состава популяций в зависимости от рождаемости и смертности, заданных как функции лишь от общей плотности и возрастного состава популяций. Модели биоценотического уровня задаются как системы уравнений, отражающих динамику биоценоза как функцию плотностей составляющих его популяции. Модели экосистемного уровня представляют собой системы уравнений, в число аргументов которых включены как внутренние переменные состояния, так и внешние факторы воздействия и целостные свойства экосистем. Модели данного уровня учитывают и роль обратных связей в функционировании систем.

При построении любой модели главная задача - создать модель достаточной полноты. Для этого необходимо стремиться учесть все существенные факторы, влияющие на рассматриваемые явления; уделить специальное внимание наличию в ней противоречивых элементов, как одного из признаков полноты модели; учесть возможность появления неизвестных факторов, чтобы в случае необходимости дополнить модель новым элементом.

Основные агроэкологические модели включают в себя модели следующих типов:

• Специализированные геоинформационные системы (ГИС) базы данных (аппаратно – программный человеко – машинный комплекс, предназначенный для сбора, накопления и хранения информации)

• Модели визуализации агроэкологической информации

• Агроэкологические модели продукционного процесса

• Агроэкологические модели геохимических потоков

• Агроэкологические модели анализа и оценки основных компонентов ландшафта.

Агроэкологические модели должны носить динамический, балансовый характер и иметь блочную структуру. Динамический характер проявляется в их временной направленности, что позволяет имитировать непрерывный характер природных явлений. В любом природном процессе можно выделить ряд «критических точек», в которых эта непрерывность нарушается или изменяет свой характер. Балансовый характер модели означает, что по каждому из включенных в модель веществ производится расчет всех составляющих баланса и процессы переноса и трансформации веществ подчиняются введенным в модель балансовым соотношениям. Блочная структура отражает особенности ее реализации на компьютере и заключается в том, что вся совокупность моделей процессов разбивается на группы, в которых связи являются более тесными, чем групповые.

Основные допущения агроэкологического моделирования:

• При динамическом моделировании можно ограничиваться рассмотрением лишь основных соседних звеньев взаимодействия между процессами.

• При наличии существенных различий в скорости процессов, действующих в системе, в основу описания динамических моделей может быть положено описание средней группы.

• При анализе потенциала развития процесса в элементарном фрагменте системы принимается во внимание состояние лишь соседних фрагментов.

• Точность временного функционирования модели определятся размером временного шага – интервала времени, в течение которого все фрагменты системы последовательно подвергаются анализу с определением вероятной скорости протекающего в них процесса

В перспективе агроэкологическое моделирование должно решать следующие задачи:

• Разработка автоматизированных систем агроэкологической оценки земель и эколого–экономической оптимизации землепользования (число активно действующих моделей удваивается каждые 5 лет – ALES,AGROBASE).

• Разработка информационно – справочных систем агроэкологического мониторинга для поддержки принятия управляющих решений на уровне поля, хозяйства и региона.

• Разработка агроэкологических моделей продукционного процесса и базовых модулей информационно – справочных систем оперативного управления им в условиях конкретного агроландшафта.

Классификация агроэкологических моделей по схеме Адискота – Вагенета (1985):

Детерминированные модели – предусматривают единственно возможный результат, определяемый данным набором условий и событий:

• механистические модели – основаны на использовании современных знаний о наиболее фундаментальных механизмах моделируемых процессов (химические реакции, физические процессы);

• функциональные модели – не претендуют на фундаментальность, а реализуют упрощенные концепции.

Стохастические модели – характеризуются существенной неопределенностью.

Многомерная классификация агроэкологических моделей по схеме Хусбика и Брайанта.

Основана на 3 –х мерной координации моделей с осями, по которым фиксируются:

• Уровень детальности процессов;

• Уровень детальности применяемых расчетов (качественные и количественные)

• Уровень иерархической организации описываемого объекта (i – n, i + n, где i – базовый уровень объекта).

Билет №18