Добавил:
ivanov666
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз:
Предмет:
Файл:Агроэкология. Учебное пособие
.pdf
ния органического вещества должна намного превышать
внешнее поступление питательных веществ в экосистему.
Если приток покрывает половину биологических потребностей, то поддержание устойчивой замкнутости круговорота веществ становится невозможным.
Случайное совпадение количеств питательных веществ,
поступающих в систему, и выводимых из нее продуктов жизнедеятельности, сохраняющее стабильность окружающей среды, не может быть
устойчивым. Поэтому интенсивность синтеза и разложения должна превосходить внешние потоки питательных веществ на столько, на сколько биота, функционирующая на основе замкнутого круговорота веществ, способна
компенсировать любые изменения состояния окружающей
среды и превосходить по конкурентоспособности биоту, существующую за счет внешних потоков веществ. Следовательно,
только запасы и концентрация
питательных веществ в окружающей среде могут определяться и поддерживаться
на устойчивом уровне биотой экосистем.
Параметрами устойчивости агроэкосистемы являются
функции, режимы и свойства почвы; структура, организация и
продуктивность агрофитоценоза; структура и организация микробного сообщества; интенсивность и сбалансированность
биогеохимического круговорота.
Для количественной оценки устойчивости экосистемы учитывают связь воздействующих факторов (тип
, интенсивность,
длительность, количество возмущений и др.), а также связь
экосистем с основными параметрами, ответственными за ее
устойчивость, и областями (зонами) устойчивого состояния.
Таких зон может быть от одной до нескольких.
Изменение структуры экосистемы или переход ее параметров в область неустойчивого состояния обусловливают потерю
устойчивости. Если переход от одной области
устойчивого
равновесия в другую сопровождается сохранением внутренних связей экосистемы, то проявляется свойство ее упругости,
т.е. при переходе из одной области устойчивого равновесия
в другую внутренние связи экосистемы сохраняются.
Способность экосистемы вернуться в прежнюю область устойчивого равновесия после временного воздействия природного или
антропогенного фактора характеризует ее стабильность.
Названные категории
пригодны и для характеристики антропогенных экосистем. Основная проблема в этом случае заключается в качественной и количественной формализации
231
соответствующих категорий применительно к особенностям
агроэкосистемы.
Несомненно, что в ряду параметров, ответственных за
устойчивость и стабильность агроэкосистемы, первостепенное
значение имеет продуктивность агроценозов, падение которой
по самым разным причинам (например, дефицит или избыток
элементов минерального питания, засуха или переувлажнение,
деградация почвы и т.п.) ниже заданного уровня свидетельствует о переходе агроэкосистемы
нако снижение урожайности – это уже конечная фаза реакции
агроэкосистемы на имеющиеся возмущения, которой предшествуют изменения других параметров, таких, как активность
микробного сообщества, сбалансированность биогеохимических циклов элементов, уровень плодородия почвы.
Контроль за названными параметрами позволяет выявить
скрытые формы нарушений устойчивости и достаточно опера-
поддерживать стабильность агроэкосистемы, т.е. сохра-
тивно
нять заданные характеристики параметров в течение определенного промежутка времени. Следовательно, устойчивость и
стабильность агроэкосистемы недостаточно рассматривать в
виде простой функциональной зависимости между какимлибо воздействующим фактором и одним из параметров, ответственных за устойчивость, как это распространено в большинстве современных моделей.
Более объективную
венно-агрохимические, эколого-физиологические и эко логотоксикологические исследования с применением методов системного анализа и математического моделирования. Наибольшая трудность заключается в выделении зон устойчивости агроэкосистемы, определении их границ и времени сохранения
или достижения нового устойчивого состояния при наличии
кратковременных или постоянных воздействий, поскольку
вопросы еще не разработаны в полной мере даже в концептуальном плане.
оценку могут дать комплексные поч-
в неустойчивую область. Од-
эти
15.4. Устойчивость агроэкосистем
при разных системах земледелия
Разнообразие форм техногенного и аграрного воздействий,
увеличивающиеся масштабы и объемы антропогенной нагрузки, наличие многочисленных негативных изменений в почвах,
232
свойства, режимы и функции которых стали отличаться от
аналогичных показателей реликтовых или эталонных почв,
послужили основанием говорить о патологии почвы.
Не менее справедливым будет утверждение о патологическом состоянии большинства современных агроэкосистем,
основные компоненты которых подвержены той или иной форме антропогенного воздействия и находятся в конечных зонах
устойчивости, граничащих с
потерей этого качества.
Подобное состояние агроэкосистемы напрямую связано со
стратегическими и тактическими издержками, которые характерны для аграрной деятельности человека и проявляются в
характере землепользования и культивирования агроэкосистемы. К настоящему времени в науке и практике сформировались две противоположные концепции использования агросистем и управления ими, базирующиеся на традиционной
биологической системах земледелия.
Использование традиционной системы земледелия с широ-
ким применением агрохимикатов – обязательное условие поддержания высокой продуктивности агроэкосистемы, что компенсирует возможные экологические издержки. В рамках данной концепции приоритетными являются агрономический и
экономический критерии. В первом случае рассматривается
величина прибавки урожая основной продукции сельскохозяйственных культур, а во
втором – окупаемость материальных и
финансовых затрат получаемой продукцией.
Считается, что интенсификация традиционных систем земледелия не только не является причиной деградации компонентов агроэкосистемы, но и обеспечивает более высокий уровень
их стабильности, предотвращение снижения природного плодородия почв. Ущерб плодородию почвы и окружающей среде,
причиняемый несбалансированным применением избыточных
доз пестицидов,
удобрений и мелиорантов, использованием тяжелой техники в районах с повышенным увлажнением, нарушениями зональных технологий возделывания культур и мелиорации почв, характерен для нерационального или экстремального земледелия, в котором интенсивность упрощенно понимается как концентрация ресурсов в расчете на единицу площади
без учета степени и качества их использования.
действительности, в интенсивном земледелии повыше-
В
ние урожайности культур обеспечивается благодаря эффективному использованию средств химизации, биологических способов защиты растений, мелиоративных приемов, внедрению
прогрессивных технологий, учитывающих зональную почвен-
и
233
но-экологическую специфику, что в конечном счете способствует повышению плодородия почв и охране агроландшафтов
от загрязнения и деградации.
Хотя эти положения весьма логичны и подтверждены экспериментально, закономерен вопрос, почему в странах с интенсивно развитым аграрным сектором и высоким уровнем
энергонасыщенности и технологичности сельскохозяйственных операций, базирующихся на последних
научных достижениях, экологическая ситуация остается достаточно напряженной, что дает повод усомниться в безопасности традиционных
систем земледелия и осознать необходимость разработки альтернативных производственных систем, из которых наиболее
известна биологическая система земледелия.
На первых этапах развития биологической системы земледелия приоритетным направлением было получение высококачественной растениеводческой продукции, главным
образом
благодаря отказу от использования инсектицидов и применению биологических и агрономических способов защиты растений. В последние годы биологическую систему земледелия
рассматривают в более широком плане – как составную часть
концепции экологически чистой окружающей среды, расширяя тем самым круг ограничений на применение агрохимикатов, включая и синтетические удобрения.
Введение элементов
биологического земледелия, как правило, приводит к снижению экономических показателей производства, росту энергозатрат на получение единицы продукции, увеличению объема работ и их усложнению по сравнению с традиционной системой. Согласно разным оценкам, в
результате отказа от минеральных удобрений в биологическом
земледелии недополучают 40 % продукции, а затраты труда
возрастают на
25–30 %. Однако реальное внедрение идей био-
логического земледелия в практику, несмотря на всю их привлекательность, сдерживается не столько проблемами экономического характера, сколько отсутствием надежной теории,
объясняющей механизмы функционирования агроэкосистемы
и пределы ее устойчивости в условиях «биологизации» сельскохозяйственных технологий недостаточным числом факторов, подтверждающих более высокое качество продукции, по
лучаемой при биологической системе земледелия, по сравнению с традиционной, а также слабостью доводов в пользу более высокой вредности химических элементов, содержащихся
в синтетических удобрениях, по сравнению с природными соединениями.
-
234
Например, согласно принципам биологического земледелия, азот вносится в почву в виде органических удобрений, которые представлены в основном экскрементами животных, содержащими большое количество мочевины. В то же время в
биологическом земледелии не рекомендуется использовать мочевину, получае мую синтетически. Кроме того, сокращение
объемов производства растениеводческой продукции в биологическом
земледелии приходится компенсировать увеличением
посевных площадей в ущерб естественным экосистемам. Поэтому в действительности при традиционной системе земледелия степень аграрной нагрузки на единицу площади угодий может быть даже ниже, чем при биологической. Серьезным недостатком является также присущее биологической системе земледелия отрицательное сальдо в балансе фосфора и калия
, что
негативно сказывается на питательном режиме почвы.
Учитывая преимущества и недостатки этих двух противоположных концепций, многовариантность форм антропогенного давления на агроэкосистемы и стремление интенсифицировать все стадии производства сельскохозяйственной продукции, а также принимая во внимание значительное ухудшение
качества окружающей среды, следует признать необходимой
разработку новой системы земледелия,
эффективность кото-
рой соответствовала бы более широкому спектру критериев.
Разрабатываемые мероприятия должны характеризоваться
не только агрономической и экономической эффективностью,
но и технологической осуществимостью, экологической допустимостью и энергетической целесообразностью, обеспечивать сбережение и воспроизводство природных ресурсов.
Естественно, что в каждом конкретном случае данная система
критериев может быть расширена путем включения таких
показателей, как физиологическая эффективность и качество
продукции, или, наоборот, сокращена. Хотя с помощью приведенных критериев можно получить более полную информацию о функционировании агроэкосистемы, использование их
в едином комплексе сопряжено с преодолением ряда объективных трудностей.
Во-первых, функциональные решения на основе одних
критериев могут не совпадать или
даже противоречить реше-
ниям, полученным на основании других критериев.
Во-вторых, ряд критериев (ресурсный, экологический, технологический, качество продукции) достаточно сложно формализовать и качественно оценить из-за многообразия параме-
235
тров, характеризующих эти свойства, и полифункциональности действия природных и антропогенных факторов на компоненты агроэкосистемы. Так, максимальная эффективность
агроэкосистемы по одному из предложенных критериев вовсе
не означает отсутствия каких-либо нежелательных моментов в
ее функционировании.
Например, получение максимального урожая с помощью
увеличения доз минеральных удобрений и других средств химизации
сопровождается нежелательным нарушением в состоянии окружающей среды. Наибольший экономический эффект обеспечивают, как правило, низкие и умеренные дозы
минеральных удобрений, а окупаемость прибавкой урожая высоких доз резко снижается.
Осуществление противоэрозионных мер является средством сбережения ресурсов агроэкосистемы и оптимизации
качества окружающей среды, однако достижение минимальной нормы допустимого
смыва практически нереализуемо изза резкого возрастания текущих и капитальных затрат. Иными
словами, обеспечение экологической чистоты агроландшафтов
не должно выходить за рамки разумных технологических решений и экономических затрат.
Следовательно, современное управление устойчивостью
агроэкосистемы и использование для этого практических
средств должны предусматривать достижение разумного компромисса между количеством продукции, ее качеством
, масштабами затрачиваемых природных и технических ресурсов и
нарушениями в окружающей среде. Данные параметры в своей совокупности характеризуют новый тип современного земледелия – адаптивный, под которым понимают экологическую
дифференциацию агротехнологий, направленную на достижение высокой степени соответствия аграрных форм деятельности природным механизмам саморегуляции экосистем
путем оптимизации или компенсации
внешних и внутренних
факторов и свойств, лимитирующих развитие продуцентов
агроэкосистемы.
В отличие от альтернативного земледелия, которое предполагает приоритет какого-либо одного критерия, адаптивнокомпромиссное направлено на достижение рациональной сбалансированности критериев и представляет собой промежуточную форму между биологическим и традиционным типами
земледелия. Для адаптивно-компромиссного земледелия характерно смещение
акцентов в стратегии оптимизации мине-
236
рального питания растений. При этом предусматривается создание условий и осуществление различных типов регуляции
режима минерального питания, обеспечивающих максимальное включение питательных элементов в продукционный процесс и адаптацию динамики их поступления к динамике реальных потребностей в них растений.
Реализация данной стратегической задачи должна обеспе-
чивать максимизацию урожая, повышение качества
продукции
или сохранение оптимального уровня показателей, сокращение удельных затрат питательных веществ из удобрений и из
почвы на формирование единицы урожая и минимальную нагрузку на окружающую среду.
При формализации критериев оценки функционирования агроэкосистемы в целом или отдельных ее компонентов и их слагаемых используют разные подходы и параметры,
что затрудня-
ет их унификацию и количественную воспроизводимость.
Основным способом оценки происходящих в агроэкосистеме изменений является сравнение параметров, характеризующих состояние ее слагаемых, с эталонными вариантами. Создается соответствующая стандартная шкала, по которой отмечается разница между состоянием среды при воздействии
какого-либо фактора и без его воздействия. Однако такой
подход не совсем корректен, поскольку не отражает исходных различий, характерных для природной и сельскохозяйственной
экосистем, а также динамику разнообразных форм человеческой деятельности и реакции на них агроэкосистем. Поэтому
для оценки функционирования агроэкосистемы используют
ряд специальных критериев.
В качестве индикаторных показателей экологичного состо-
яния экосистем и устойчивости почв
к стрессовому воздействию загрязнителей наряду с содержанием органического вещества часто используют такие величины, как размеры почвенных частиц и рН почвенного раствора, с помощью которых оценивают стрессовую емкость почвы. Интегральную
характеристику реакций растений на минеральные удобрения
дают показатели их агрономической и физиологической эффективности, а также эффективности усвоения
питательного
вещества, которую чаще называют коэффициентом использо-
вания действующего вещества удобрения.
В первом случае определяют затраты питательного вещества удобрения на формирование прибавки урожая основной
продукции, во втором – затраты дополнительного использова-
237
ния элемента питания в удобренном варианте на формирование
урожая. Эффективность усвоения питательных веществ растениями характеризует отношение прибавки общего выноса элементов, получаемой от применяемого удобрения, к его дозе.
Для характеристики пределов экологического насыщения
агроэкосистемы биогенными элементами, а также определения их миграционно-аккумуляционной способности целесообразно определять состояние баланса макро
тов в ландшафтно-геохимических структурах.
В границах агроэкосистемы рассчитывают показатель интенсивности баланса макроэлементов, который представляет
собой величину возмещения выноса элементов растениями
дозой удобрения.
Результаты исследований показывают, что снижение данной величины до 60 % свидетельствует об истощении актуального плодородия почвы.
- и микроэлемен-
Глава 16
ПРОИЗВОДСТВО ЭКОЛОГИЧЕСКИ БЕЗОПАСНОЙ
ПРОДУКЦИИ
16.1. Эколого-токсикологические нормативы
Понятие «экологически безопасная продукция». Произ-
водство экологически безопасной продукции – ключевая задача при экологизации сельскохозяйственной деятельности. Понятие «экологически безопасная сельскохозяйственная продукция» основано на праве людей на здоровую и плодотворную жизнь в гармонии с природой. Под экологически
безопасной сельскохозяйственной продукцией понимают такую продукцию, которая в течение принятого для
ее видов «жизненного цикла» (производство – переработка –
потребление) соответствует установленным органолептическим, общегигиеническим, технологическим и токсикологическим нормативам и не оказывает негативного влияния на здоровье человека, животных и состояние окружающей среды.
Острые проблемы современности – проблемы недоедания
и голода – усугубляются болезнями и смертностью в результате употребления некачественных продуктов, а
ле достаточно ресурсов, разработаны решения и технологии,
которые дают возможность навсегда покончить с такими явлениями. Не хватает, к сожалению, лишь обязательств и ответственности.
Неблагоприятное действие ксенобиотиков связано с миграцией химических веществ по одной или нескольким экологическим цепям.
Чем длиннее миграционный путь при подземных путях
грации, тем меньшую опасность для здоровья человека представляет ксенобиотик, так как при продвижении химических
веществ по экологическим цепям они подвергаются деструкции и превращениям.
Считается, что из ядов, регулярно попадающих в организм
человека, около 70 % поступает с пищей, 20 % – из воздуха и
10 % – с водой.
Проблему получения качественного продовольствия в
условиях
негативного антропогенного воздействия на окру-
различных
ведь на Зем-
ми-
239
жающую природную среду, в том числе и в процессе сельскохозяйственного производства, можно решить на основе экологизации сложившихся или вновь создаваемых систем ведения
сельского хозяйства.
Загрязнение продукции растениеводства и животноводства
различными вредными веществами обусловлено множеством
взаимосвязанных, идущих с различной интенсивностью процессов в сопряженных средах и компонентах экосистем. При
во многих регионах не только возрастает прямое дей-
этом
ствие химических веществ, но и усложняется проявление таких воздействий.
Оценка состояния агроэкосистем. Для получения эколо-
гически безопасной продукции необходимо иметь достоверные исходные данные об эколого-токсикологической обстановке в агроэкосистемах, особенно испытывающих пресс
многолетнего интенсивного использования агрохимикатов
(удобрений, пестицидов, мелиорантов
и др.).
Работу следует начинать с оценки эколого-токсико ло гического состояния агроэкосистем, прежде всего почвенного
покрова. Стремление повысить продуктивность возделываемых культур и выращиваемых животных без надлежащего
учета природоохранных требований привело к необоснованному увеличению объемов применения минеральных удобрений (преимущественно азотных), пестицидов и мелиорантов.
Выбросы промышленных производств и
транспорта, коммунальные отходы поставляют в естественные и искусственные
экосистемы соединения полихлорированных бифенилов, серы,
тяжелых металлов и т.д. Среди природных загрязнителей выделяют афло- и другие микотоксины.
Оценка сельскохозяйственной продукции. Для оценки и
предотвращения негативного воздействия продуктов питания
на здоровье человека и кормов на сельскохозяйственных животных оперируют такими
понятиями, как предельно допустимая концентрация (ПДК), допустимое остаточное количество
(ДОК) или максимально допустимые уровни (МДУ) вещества
в них. Эколого-токсикологический норматив – ПДК – концентрация вещества в продукции (продуктах питания, кормах),
которая в течение неограниченно продолжительного времени
(при ежедневном воздействии) не вызывает отклонений в состоянии здоровья человека и животных
. ПДК химических веществ в пищевых продуктах устанавливают при этом с учетом
допустимой суточной дозы (ДСД) или допустимого суточного
240
Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]