Добавил:
ivanov666
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз:
Предмет:
Файл:Сельскохозяйственная экология. Учебное пособие
.pdf
ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ БЮДЖЕТНОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ
УЧЕРЕЖДЕНИЕ
ВЫСШЕГО ОБРАЗОВАНИЯ
РЯЗАНСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ АГРОТЕХНОЛОГИЧЕСКИЙ
УНИВЕРСИТЕТ ИМЕНИ П.А. КОСТЫЧЕВА
Ерофеева Т.В, Фадькин Г.Н., Чурилова В.В.
Сельскохозяйственная экология
Учебное пособие
Рязань, 2022
1
УДК 631.95 (075.8)
ББК 40.0 : 74.489
Е 76
Рецензенты:
Морозов Алексей Евгеньевич - кандидат биологических наук, директор
ФГБУ «Станция агрохимической службы «Рязанская»
Дрожжин Константин Николаевич – кандидат сельскохозяйственных наук,
доцент, заместитель генерального директора ОАО «Рязаньагрохим»
Ерофеева Т.В, Фадькин Г.Н., Чурилова В.В. Сельскохозяйственная экология:
учебное пособие.- Рязань, 2022.- 181с.
Учебное пособие содержит сведения, необходимые для формирования профессиональных компетенций
при подготовке бакалавров по направлениям 35.03.03 Агрохимия и агропочвоведение, 35.03.05
Садоводство, 35.03.07 Технология производства и переработки сельскохозяйственной продукции и
рекомендуется Методическим советом ФГБОУ ВО РГАТУ для использования в учебном процессе.
Выписка из протокола № 2 от 17 октября 2022года.
2
Введение
5
Характеристика сельскохозяйственных экологических систем
и их роль в АПК
7
Практическое занятие 1. Тема: «Агроэкосистемы»
25
Практическое занятие 2. Тема: «Отличительные особенности
функционирования природных экосистем и агроэкосистем»
30
Практическое занятие 3. Тема: «Реакция сельскохозяйственных растений к
теплообеспеченности и температурному режиму»
55
Практическое занятие 4. Тема: «Реакция сельскохозяйственных растений к
режиму влагообеспеченности»
40
Практическое занятие 5. Тема: «Функционирование агроэкосистем в
условиях техногенеза»
46
Практическое занятие 6. Тема: «Загрязнение агроэкосистем удобрениями»
51
Практическое занятие 7. Тема: «Экологические последствия использования
средств защиты растений в агроэкосистеме»
58
Практическая работа 8. Тема: «Биоиндикация - современный метод
экологических исследований»
63
Практическое занятие 9. Тема: «Экологические проблемы механизации
агроэкосистем»
76
Практическая работа 10. Тема: «Оценка взаимодействия макромикроэлементов в почве и растениях»
80
Практическая работа 11. Тема: «Экологическая оценка опасности
загрязнения пахотных почв пестицидами»
89
Практическа работа 12. Тема : «Почвенная кислотность, ее виды и
влияние на почвенное плодородие»
97
Практическая работа 13. Тема : «Агроэкологические последствия водной
эрозии почв»
100
Практичекая работа 14. Тема «Оценка антропогенного загрязнения почв»
107
Содержание
3
4
Практическая работа 15. Тема: «Вынос биогенных веществ из
агроэкосистем»
116
Практическая работа 16. Тема: «Оценка устойчивости агроландшафтов»
118
Практическая работа 17. Тема: «Коэффициент биологического поглощения»
122
Лабораторная работа 1. Тема: «Оценка состояния почвенно-биотического
комплекса»
127
Лабораторная работа 2. Тема: «Рост и развитие хлебных злаков при
использовании биогумуса»
129
Лабораторная работа 3. Тема: «Действие света на рост и развитие растений»
130
Лабораторная работа 4. Тема: «Влияние температуры на прорастание и
начальное развитие культур»
132
Лабораторная работа 5. Тема : «Действие низких температур в зоне корней
на состояние растений»
133
Лабораторная работа 6. Тема: «Влияние на растения избыток влаги»
134
Лабораторная работа 7 .Тема: «Действие различных концентраций солей
(NaCl) на начальные этапы развития сельскохозяйственных культур»
136
Лабораторная работа 7.1 Тема: «Действие солей тяжелых металлов на
прорастание семян»
141
Лабораторная работа 8. Тема: «Определение состояния древесных растений в
зимний период»
142
Лабораторная работа 9. Тема: «Определение жизнеспособности озимых
культур в зимний период»
143
Глосарий
147
ТЕСТЫ И УПРАЖНЕНИЯ ПО СЕЛЬСКОХОЗЯЙСТВЕННОЙ ЭКОЛОГИИ
ДЛЯ САМОСТОЯТЕЛЬНОЙ
ПОДГОТОВКИ СТУДЕНТОВ К РУБЕЖНОМУ КОНТРОЛЮ ЗНАНИЙ
156
Библиографический список
175
Введение
Сельскохозяйственная экология – наука о взаимоотношениях живых организмов
между собой и окружающей средой (неорганической), а также с человеком, о
структуре, связях и функциональной деятельности искусственно созданных
ландшафтов
Основная задача в области сельского хозяйства, – это обуздать закон
убывающего плодородия Либиха на основе экологических подходов к развитию
земледелия, растениеводства и животноводства, направленных на сближение
основных принципов функционирования агросистем и естественных систем, с
разумным использованием опыта природы и формируемой системы (ландшафта) в
гармонии с поступающей от солнца энергией.
Сельскохозяйственная экология представляет собою особый раздел прикладной
экологии, отличающийся широким аспектом проблем научного и прикладного
характера. Основным предметом курса является комплексность
сельскохозяйственного производства: с одной стороны, биология аграрных систем
(различные формы культурных ландшафтов – посевы сельскохозяйственных
культур, животноводческие фермы, сельские поселки и т.д.), их структура, характер
взаимоотношений, динамика, сезонность развития и т.д., а с другой, техногенное
воздействие человека на становление и функционирование отдельных подсистем в
рамках сложившейся системы в каждом конкретном случае. Несмотря на то, что по
конкретным проблемам сельскохозяйственного производства готовятся различные
специалисты (агрономы, инженеры, ветеринары, экономисты и т.д.), изучающие 3040 специальных дисциплин по отдельным направлениям, в целом
сельскохозяйственное производство за последние 20-30 лет не получило желаемого
развития.
Среди научных направлений в области сельскохозяйственной экологии,
развиваемых в нашей стране, являются следующие:
1. Создание смешанных (сорго и травосмесей) и совмещённых (разных видов)
посевов и изучение взаимоотношения между культурами в них.
2. Изучение сочетаемости видов в травосмесях.
3. Изучение аллелопатических взаимоотношений между растениями в посевах.
4. Экология сорных растений и перспективы их контроля за счет уплотнения
посевов.
Перспективным направлением в сельскохозяйственной экологии является
оптимизация агросистемы через нормы высева, сроки посева или посадки, способы
5
посева (чистые, сорго– и видосмеси, совмещенные, смешанные), севообороты и т.д.
Интересно, что до расширения товарного производства в основном высевались
смеси нескольких культур, что даже в самые неблагоприятные годы уводило
земледельца от неурожая и обеспечивало в целом более высокий урожай при
лучшем использовании природных ресурсов. Классификация сообществ сорняков
строится обособленно от возделываемых растений, различающихся сроками и
типами посева (сплошной посев, широкорядный), способами обработки почвы,
сомкнутостью травостоя, сроками и способами уборки, нормами и типами
удобрений, уплотнением почвы и т.д.
Современная сельскохозяйственная экология является теоретической основой
рационального использования природных ресурсов (воды, почвы, воздуха),
разработки стратегии взаимоотношений человека и природы, сохранения
биоразнообразия в условиях постоянного нарушения человеком складывающихся
связей в культурных ландшафтах.
6
ХАРАКТЕРИСТИКА СЕЛЬСКОХОЗЯЙСТВЕННЫХ
ЭКОЛОГИЧЕСКИХ СИСТЕМ И ИХ РОЛЬ В АПК
1. Понятие о сельскохозяйственных экосистемах: классификация, типы и
функции
Процессами производства пищевых ресурсов на основе использования
почвенно-климатического потенциала охвачены огромные площади планеты,
представленные разномасштабными (от парцелл до крупных возделываемых
массивов) сельскохозяйственными экосистемами. Под сельскохозяйственной
экологической системой (агроэкосистемой) в настоящее время понимают
природный комплекс, преобразованный сельскохозяйственной деятельностью
человека.
Одной из главных ее особенностей является появление в ней искусственного
отбора и селекции растений и животных. Долгое время искусственный отбор
растений имел одну цель: получить высокий урожай. В результате растения
утратили свой «оборонный потенциал», способность противостоять болезням.
Поэтому в агробиогеоценозах нередко возникали вспышки массовых болезней
растений.
Преобразование природных ландшафтов в сельскохозяйственные
сопровождалось изменением живой и неживой природы, пищевых цепей и
геохимических циклов. Экосистемы из многокомпонентных, богатых информацией,
превратились в малокомпонентные, информативно обедненные, т. е. из
гетерогенных превратились в гомогенные.
Отсутствие общепринятой классификации сельскохозяйственных экосистем
(агроэкосистем) восполняется в известной мере типизацией структур земледелия,
применяемой ФАО. Согласно этой типизации, агроэкосистемы классифицированы в
соответствии с выделяемыми в настоящее время пятью видами землепользования:
1. Земледельческое, или полевое, землепользование – богарные, орошаемые
агроэкосистемы (ротации зерновых, бобовых, кормовых, овощных, бахчевых,
технических и лекарственных культур).
2. Плантационно-садовое землепользование – плантационные агроэкосистемы
(чайный куст, дерево какао, кофейное дерево, сахарный тростник), садовые
агроэкосистемы (плодовые сады, ягодники, виноградники).
3. Пастбищное землепользование – пастбищные агроэкосистемы (отгонные
пастбища: тундровые, пустынные, горные; лесные пастбища; улучшенные
пастбища; сенокосы; окультуренные луга).
7
4. Смешанное землепользование – смешанные агроэкосистемы,
характеризующиеся равнозначным соотношением и сочетанием нескольких видов
землепользования, а также процессов получения как первичной, так и вторичной
биологической продукции.
5. Землепользование в целях производства вторичной биологической
продукции – агропромышленные экосистемы (территории интенсивного
«индустриализированного» производства молока, мяса, яиц и другой продукции на
основе преобладающих процессов снабжения системы веществом и энергией извне).
Значительное разнообразие сельскохозяйственных экосистем по размерам,
целевому назначению, используемым технологическим системам пока что
ограничивает возможность разработки универсальной схемы типизации этих
образований.
Сельскохозяйственные экосистемы, как и естественные, состоят из множества
взаимосвязанных биологических, физических и химических компонентов. Любая
группа компонентов, между которыми установились функциональные связи,
образует систему (характеризуется взаимообусловленностью компонентов, а не их
набором, суммой).
Сельское хозяйство существенно трансформирует природные комплексы. В
результате сформировались разнообразные антропогенные сельскохозяйственные
образования (пашни, садовые насаждения, луга, пастбища и т. д.), занимающие
около трети суши, в том числе почти 1,5 млрд га пашни. Территории, подлежащие
ежегодной перепашке, требующие внесения удобрений, регулярного формирования
искусственных (управляемых) фитоценозов, относятся к сельскохозяйственным
образованиям полевого типа. Сады, ягодники, виноградники, плантации чая и
кофейного дерева, садовые образования представляют собой многолетние
фитоценозы. Наибольшую территорию в качестве базы для получения
сельскохозяйственной продукции занимают луга и пастбища, простирающиеся от
тропических саванн до субарктической зоны на площади более 3 млрд га. В этих
угодьях процесс формирования первичной биологической продукции идет
естественным путем, и используется она для получения вторичной биологической
продукции (разведение и содержание различных видов одомашненных животных,
размножающихся под присмотром и управлением человека).
Площади пастбищ вдвое превышают площадь пашни. К тому же при
пастбищном содержании затраты энергии на производство 1 кг белка мясного
крупного рогатого скота на 65–70 % ниже, чем при скармливании кормового зерна.
Особой формой сельскохозяйственного производства является получение вторичной
8
биологической продукции на промышленной основе (молочные и откормочные
комплексы, свинокомплексы, птицефабрики). Высокая концентрация поголовья,
совмещение процессов получения и переработки животноводческой продукции на
ограниченных площадях требуют тщательных экологических решений. К категории
агроэкосистем
можно также отнести сообщества растений и животных, искусственно
создаваемые человеком в морской и пресноводной средах.
По энергетическим вложениям выделяют агроэкосистемы доиндустриальные с
дополнительной энергией в виде мышечных усилий человека и животных. Это
самодостаточные системы, в которых выращенная продукция попадает либо самому
производителю, либо на продажу (обмен) на местные рынки. Основная доля земель
в мире (до 60 %) обрабатывается этим способом, большая часть
таких земель находится в Азии, Африке, Южной Америке. При своей
примитивности они гармонизируют с природными системами. По усредненным
данным в такие системы вкладывается энергии около 2·109 Дж/га.
Среди агроэкосистем доиндустриального периода различают следующие типы:
– скотоводческие (разведение крупного рогатого скота);
– кочевые или подсечно-огневые (расчистка участков леса и сжигание древесных
остатков с последующим выращиванием сель скохозяйственных культур);
– заливные системы (орошение во время паводков).
Кроме доиндустриальных агроэкосистем существуют интенсивные
механизированные агроэкосистемы. Они характеризуются крупными
энергетическими дотациями в виде горючего, пестицидов, удобрений и др.
Продукция получается в количестве, превышающем местные потребности, она идет
на экспорт. Величина дополнительной энергии существенна – 20·109 Дж/га
(целесообразный предел внесения дополнительной энергии 15·109 Дж/га).
Как и любые биокосные системы, сельскохозяйственные экосистемы имеют
многоуровневую, иерархически обусловленную организацию.
Сельскохозяйственные экосистемы низшего ранга входят в состав системных
образований более высокого уровня и им соподчинены.
Рассматривая сельскохозяйственные экосистемы, чаще всего исходят из
следующего ранжирования:
агросфера – глобальная экосистема, объединяющая всю территорию 3емли,
преобразованную сельскохозяйственной деятельностью человека;
аграрный ландшафт – экосистема, сформировавшаяся в результате
сельскохозяйственного преобразования ландшафта (степного, таежного и т. д.);
9
сельскохозяйственная экологическая система – экосистема на уровне
хозяйства;
агробиогеоценоз – поле, сад, бахча, теплица, оранжерея;
пастбищный биогеоценоз – природное или культурное пастбище, используемое
для выпаса сельскохозяйственных животных;
ферменный биогеоценоз – конюшня, коровник, свинарник, кошара, птичник,
животноводческий комплекс, зоопарк, виварий.
Приведенная структуризация отражает многоплановость взаимодействия
человека с окружающей природной средой в процессе сельскохозяйственного
производства. Агросфера состоит из экологических систем низшего уровня –
аграрных ландшафтов, которые, в свою очередь, представляют совокупность
полевых, пастбищных, ферменных биогеоценозов. В аграрных ландшафтах человек
создал природно-технические системы для обитания растений (теплицы, оранжереи
и т. д.), млекопитающих животных (коровники, свинарники, конюшни, кошары),
птиц (птичники, птицефабрики), полезных насекомых (ульи для пчел и т. д.).
Теплицы и оранжереи, скотные дворы, животноводческие фермы и комплексы, ульи
и аквариумы – это природно технические системы, функционирующие по принципу
искусственных биогеоценозов.
Агросфера – продукт сельскохозяйственной деятельности человека, главного
компонента антропогеоценозов.
Антропогеоценоз – биокосная система, компонентами которой являются люди,
человеческие поселения (по терминологии В.П. Алексеева, человеческие популяции
– в биологическом понимании, хозяйственный коллектив – в социальноэкономическом) и окружающая человека живая и неживая природа.
Антропогеоценоз может не ограничиваться пределами населенного пункта. Он
может распространяться на всю территорию, которую население эксплуатирует, на
все пространство, являющееся объектом хозяйственной деятельности людей.
Учитывая процесс формированиия, развития и эксплуатации агроэкосистемных
образований, можно выделить три базовых типа агроэкосистем (учитываются
естественное плодородие почв и условия его воспроизводства).
Природоемкие агроэкосистемы характеризуются неполным воспроизводством
естественного плодородия, что приводит к падению его уровня.
Для природоохранного типа агроэкосистем характерно простое оспроизводство
естественного плодородия и, как следствие, сохранение его уровня.
Природоулучшающий тип направлен на расширенное воспроизводство и
повышение уровней естественного плодородия. В последнее время доминирует
10
Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]