Рекомендуемая литература

1. Агропочвоведение/ Под ред. В.Д. Мухи. – М.: КолосС, 2003. – 528 с.

2. Баздырев, Г.И. Борьба с сорняками в современных системах земледелия / Г.И. Баздырев // Земледелие. 1999. № 2. – C. 31.

3. Баталов, Ф.З. Сельскохозяйственная продуктивность климата для яровых зерновых культур / Ф.З. Баталов. – Л.: Гидрометеоиздат, 1980. – 112 с.

4. Бекетов, А.Д. Сорные растения и меры борьбы с ними / А.Д. Бекетов. – Красноярск, 1985.

5. Бекетов, А.Д. Земледелие Восточной Сибири: Учебное пособие / А.Д. Бекетов. - Изд-во Красноярского университета, 1991. – С. 42-53.

6. Бекетов, А.Д. Севооборот – основа систем земледелия / А.Д. Бекетов, А.М. Берзин, В.М. Таскина, О.А. Бекетова, В.К. Ивченко. – Красноярск: Изд-во КрасГАУ, 2001.– 95 с.

7. Бекетов, А.Д. Системы земледелия: Учеб. пособие / А.Д. Бекетов, О.А. Бекетова. - Краснояр. гос. аграр. ун-т, Красноярск, 2003. – 147 с.

Модуль 4. Этапы экспериментальной оценки состояния агроландшафта

Цель модуля: изучить структуру и принципы агроландшафта, экологическую емкость агроландшафта, оценка риска функционирования гео- и агроландшафтных систем.

4.1. Понятие «агроландшафт»

Агроландшафт представляет собой совокупность экосистем и (или) агроэкосистем с использованием геоморфологической конструкции природного ландшафта, структура и состав которого оптимизированы длительной эволюцией его развития. Эти системы обеспечивают его средовоспроизводящие функции и устойчивое функционирование благодаря биоразнообразию и оптимизации вещественно-энергетических потоков (В.М.Володин, Р.Ф. Еремина, 2001).

Связанные с нарушением эволюционно сложившихся химических равновесий проблемы носят крупнорегиональный и глобальный характер. Это обусловлено тем, что непрерывно увеличивающееся человечество превратилось в мощный фактор, изменяющий биогеохимические циклы элементов. Такие изменения происходят не только вследствие добычи из земных недр и последующего использования огромных количеств рудных и нерудных, минеральных и органических ископаемых. Не меньшую роль играет воздействие человека на биоту планеты – главное деятельное начало глобальной системы, определяющее ее «метаболизм». По некоторым оценкам под влиянием хозяйственной деятельности биомасса природной растительности континентов уменьшилась на 25 % (В.А.Исидоров, 2001). При нынешнем уровне знаний весьма трудно или даже вообще невозможно корректно оценить антропогенно обусловленные потери биомассы сообществ организмов, входящих в водные и почвенные экосистемы. Ясно одно: они неизбежно будут возрастать с ростом народонаселения планеты.

Антропогенные загрязняющие вещества-токсиканты включаются в миграционные процессы и оказывают сильное негативное воздействие на биотическую составляющую природной среды. Их интенсивное поступление влечет за собой исчезновение популяций организмов и даже целых видов, что обычно оказывается первым этапом глубокой перестройки и последующей необратимой деградации экосистем.

В агроландшафте России природное разнообразие экосистем нарушено. Он стал более однообразным с преобладанием полевых ценозов. Внедрение индустриальных методов работы на земле привело к резкому развитию процессов эрозии, снижению плодородия почв, увеличению потребления энерго- и трудоресурсов, снижению энергетической эффективности (В.М. Володин, Р.Ф. Еремина,2001).

В Российской Федерации самой обширной производственной сферой деятельности является агропромышленный комплекс. В стране общая площадь земли, занятая сельскохозяйственным производством, составляет 640 млн.га, в том числе 212 млн.га сельскохозяйственных угодий, из которых 131 млн.га занято пашней, 19 млн.га – сенокосами, 60 млн.га – пастбищами, 1,8 млн.га – многолетними насаждениями и 0,5 млн.га- залежи. Главное, центральное звено агропромышленного комплекса – сельское хозяйство. В сельском хозяйстве Российской Федерации в последние годы в связи с неблагоприятной социально-экономической ситуацией в стране многие из экологических проблем значительно обострились. Средообразующие факторы претерпели большие изменения. Природные ландшафты в ряде регионов разрушены, а созданные агроландшафты несовершенны и неустойчивы . По данным Д.А.Джангирова (2005), на сельское хозяйство приходится 10 % вклада в общероссийское техногенное загрязнение.

Состояние земельного фонда России оценивается учеными как критическое: более половины площадей сельскохозяйственных угодий (а на пашне до 60%) подвержено водной эрозии и дефляции. Площадь эродированной пашни ежегодно увеличивается на 400…500 тыс.га. площадь земель, подверженных техногенному загрязнению, достигают 92 млн.га, в том числе около 5 млн.га загрязнены радионуклидами (В.М.Володин,1997). Около 50% орошаемых земель в мире засоляются и заболачиваются. Ежегодно выводится из сельскохозяйственного оборота около 10 млн.га поливных площадей (Г.Л.Тышкевич,1991).

Ежегодные потери почв сельскохозяйственных угодий составляет более 1,5 млрд. тонн плодородного слоя, прирост оврагов-80…100 тыс.га. Ветровой и водной эрозии уже подвергнуто 117 млн. га, или 63 % сельскохозяйственных угодий (Н.В.Гончарик,2001). По данным Г.Л.Тышкевич (1991) в мире ежегодно пахотные земли теряют от эрозии 26 млн.т почвы. Темпы потерь пригодных для ведения сельского хозяйства почв все время увеличиваются.

Также сильное негативное воздействие на почвы оказывает опустынивание земель, то есть их деградация в засушливых, полузасушливых и сухих районах. Это явление обусловлено в первую очередь деятельностью человека. Среди причин опустынивания можно назвать низкую культуру земледелия, чрезмерную нагрузку на пастбища, бессистемный выпас скота, вырубку лесов, засоление орошаемых земель по причине недостаточного дренирования. Процесс опустынивания, ранее рассматривавшийся как узкорегиональный, в связи с деградацией пастбищ, в настоящее время является причиной потери огромных площадей продуктивных земель юга России и формирования районов экологического бедствия.

Низкая мелиоративная обустроенность и неудовлетворительное культуртехническое состояние, невысокое почвенное плодородие на значительных площадях орошаемых и осушенных земель сопровождаются негативными экологическими последствиями (Н.В.Гончарик,2001).

Площадь лесов в мире сокращается ежегодно на 18 млн.га. В России площадь лесов Сократилась в зоне смешанных лесов до 20%, в зоне лесостепи до 6-15%. Наиболее лесодефицитными районами являютсяюг европейской части , центрально-черноземные области.

Степи как биогеоценозы практически исчезли, сохранились отдельными участками по неудобьям. Степи являются резерваторами ценных вредоносных, лекарственных, кормовых растений. Наиболее серьезные проблемы разрушения и деградации растительности – в Калмыкии.

Производственная деятельность человека может вызвать нежелательные изменения в окружающей среде. При этом, как правило, ухудшается качество почвы, воды, атмосферы, продукции. Основная причина экологического кризиса несовершенство техногенной интенсификации сельскохозяйственного производства (В.Н.Голубев, О.А.Соколов, 1991).

В настоящее время в сельском хозяйстве при возделывании сельскохозяйственных культур и выращивании животных, птицы, рыбы преобладают несовершенные, несбалансированные по комплексу нормативов технологии, наносящие вред природе и здоровью человека. Урожайность в современном сельском хозяйстве составляет примерно 15-30 % потенциальной продуктивности сельскохозяйственных культур, а 70 – 85 % - потери, которые имеют место за счет неблагоприятных экологических факторов. Природная среда не выдерживает нагрузки факторов интенсификации, в ней происходят изменения, приводящие к переуплотнению и переувлажнению почвы, усилению ветровой и водной эрозии, к загрязнению почв и грунтовых вод несбалансированными питательными веществами, отходами животноводства и перерабатывающей промышленности, химическими средствами защиты растений (Г.А.Романенко, 1996). Повышения продуктивности сельскохозяйственных культур не происходит, тогда как деградация природной среды ускоряется (о чем свидетельствует рост потоков средств химизации за пределы агроценозов), существенно снижается качество получаемой продукции (В.Н.Голубев, О.А.Соколов,1991).

Для современных агроэкосистем характерны следующие, ухудшающие экологическое состояние негативные явления:

-переуплотнение почв и нарушение водно-воздушного режима, ведущего к заболеваниям;

-отсутствие научно обоснованных севооборотов, преобладание монокультуры;

-низкие нормы и нарушение технологии применения органических удобрений, снижающее плодородие почв;

-внесение чрезмерно высоких доз минеральных удобрений и нарушение технологии их применения, ведущие к дисбалансу питательных веществ в почве;

-нарушение технологии использования пестицидов, в результате -избыточное накопление их в почве и воде;

-ускорение миграции средств химизации в сопредельные с агроценозами территории;

-расширение площади почв с низким значением рН, отсутствие ожидаемого эффекта из-за нарушений технологии известкования;

-неимение экологических обоснований (паспортов) на сельскохозяйственные машины и режимы их работы;

-недостаточный (неполный) контроль состояния почв, водных бассейнов, осадков и производимой продукции;

-отсутствие правовой ответственности специалистов сельскохозяйственного производства за экологические нарушения;

-резкий рост использования отходов и стоков различных производств без должного экологического обоснования;

-ежегодные потери питательных веществ в результате смыва (в 2…3 раза больше, чем вносится с минеральными удобрениями);

-снижение содержания гумуса в почве, ухудшение ее плодородия, заиление водоемов вследствие эрозии;

-потери урожая от болезней, вредителей и сорняков (около 30%), несмотря на существенное увеличение ассортимента и количества применяемых пестицидов;

-повсеместное ухудшение качества сельскохозяйственной продукции (снижение питательных и вкусовых свойств, рост загрязненности нитратами, пестицидами, тяжелыми металлами, микотоксинами и т.д.) (В.Н.Голубев, О.А.Соколов, 1991).

Пожалуй, в сельском хозяйстве нет фактора, более тесно связанного с проблемой охраны природы, особенно охраны здоровья и самой жизни человека, чем химизация отрасли.

Химия и химическая промышленность – помощники земледельца в решении производственных задач, повышении эффективности производства. Производя минеральные удобрения, они взяли на себя многие функции активной борьбы с сорняками, вредителями и болезнями растений и животных, обеспечения выращиваемых культур питательными (биогенными) элементами, а животноводства – химическими препаратами для пополнения рационов питания недостающими веществами, консервирования кормов, снижения их кислотности и т.п. Внедрение промышленных технологий выращивания сельскохозяйственных культур невозможно без применения гербицидов, инсектицидов, фунгицидов и других пестицидов - действенных средств борьбы с сорняками и вредителями, избавляющих человека от низкопродуктивного ручного труда.

Десиканты и дефолианты, стимуляторы и ингибиторы роста- все это продукты химической промышленности, используемые в сельском хозяйстве. Но химизация сельского хозяйства сопровождается процессами загрязнения природной среды продуктами, опасными для жизни живых существ, включая и человека. Опасность заключается в том, что при несоблюдении техники безопасности возможно прямое отравление химическими препаратами. Кроме того, попадая в почву, воду и атмосферный воздух, они могут отравлять природную среду, вносить существенные изменения в биотопы и населяющие их организмы. Некоторые вещества, особенно слаборазлагающиеся, могут постепенно накапливаться в концентрациях, превосходящих допустимые нормы, становиться опасными для жизни (М.Т. Гончар, 1986).

По Г.Л. Тышкевич (1987), несоблюдение правил и рекомендаций по хранению и транспортировке средств химизации, превышение допустимых уровней использования химических средств является причиной нарушения динамических процессов круговорота веществ и энергии, загрязнения почв токсичными соединениями, перехода токсикантов в другие природные среды – воздух, воду, растения. Пестициды могут отравлять животных и даже являться причиной их гибели. Также очень часто происходит отравление и гибель людей. По мнению В.Н. Голубева и О.А.Соколова (1991), для формирования экологически оптимальной обстановки в агроэкосистемах необходимо детальное знание процессов и факторов, определяющих поведение всех средств химизации в экосистемах. Необходим выбор тестовых параметров воздействия ксенобиотиков на отдельные компоненты агроэкосистемы. Это позволит улучшить качество сельскохозяйственной продукции и окружающую среду в целом. Процессом химизации нужно управлять, чтобы, не усугубляя экологической ситуации, эффективно использовать химические средства в сельском хозяйстве.

Негативное воздействие средств химизации на окружающую среду в связи с уменьшением их применения несколько снизилось. По данным Н.В.Гончарика, сегодня минеральных удобрений в среднем по стране на гектар пашни применяется 10 кг, органических – 0,5 т, что соответственно в 10 и 7 раз меньше, чем десять лет назад. Совершенно очевидно, что это во много десятков ниже тех 170 кг применительно к азоту, которые в международной практике рекомендованы как верхний годовой предел их применения на гектар. Однако там, где нарушаются сроки, дозы и способы применения средств химизации и защиты растений, а также условия их хранения, экологическая обстановка сохраняется неблагоприятной.

В результате применения удобрений возможно ухудшение почвы как важнейшей составляющей биосферы. Применение в земледелии удобрений может стать причиной загрязнения почвы содержащимися в них примесями – фтором, хлором, тяжелыми металлами, радионуклидами. Кроме химического загрязнения высокие дозы удобрений могут вызвать негативные изменения в свойствах почвы, например, подкисление почвы под влиянием высоких доз кислых минеральных удобрений; ухудшение физических свойств и микробиологической активности в случае одностороннего внесения минеральных удобрений; уменьшение доступности (закрепление) ряда элементов питания.

Среди минеральных удобрений применение азотных, пожалуй, в наибольшей степени может вызвать (в определенных условиях) негативные экологические последствия (образование молекулярного азота и его окислов, повышенное содержание нитратов, нитритов и нитрозаминов в компонентах агроландшафта и продукции). Поэтому целесообразность использования азотных удобрений надо оценивать с эколого-почвенной, эколого-агрохимической, эколого-физиологической и эколого-токсикологической позиции. При применении небольших доз азотных удобрений экологическая значимость важна для отдельных растений, так как нитраты аккумулируются в отдельном органе. При внесении повышенных доз азотных удобрений фактор экологической целесообразности приобретает значимость в целом для агроценоза (В.Н.Голубев, О.А.Соколов, 1991).

Отдельно следует сказать о влиянии удобрений на фитосанитарное состояние почвы и посевов. Необоснованное завышение доз удобрений, особенно азотных, усиливает развитие патогенных грибов, повышает засоренность посевов и вредоносность болезней.

Попадая в грунтовые воды, удобрения резко ухудшают их питьевую и хозяйственную ценность. Также негативные последствия имеет смыв удобрений в наземные водоемы. Смываемые в озера и реки загрязнители понижают ценность воды, а при высоких концентрациях ведут к эвтрофикации водоема. Для здоровья человека особенно опасно присутствие нитратов, нитритов, мочевины, бора и тяжелых металлов (по И.А.Иванову и др., 2002) Таким образом, процессом химизации нужно управлять, чтобы, не усугубляя экологической ситуации, эффективно использовать химические средства в сельском хозяйстве.

Актуальна и проблема, связанная с загрязнением сельскохозяйственных земель, расположенных вокруг крупных промышленных центров, индустриальных комплексов. Здесь примерно 400 тыс. га земель загрязнены медью, цинком, свинцом, кадмием и другими тяжелыми металлами. Теоретических материалов по решению этой проблемы накоплено немало, но практические работы по детоксикации загрязненных земель в связи с экономическими трудностями до сих пор не ведутся. Один из распространенных видов загрязнения – поступление тяжелых металлов в почву. Загрязнение атмосферы тяжелыми металлами происходит в результате выброса больших количеств отходов, образующихся в процессе деятельности промышленных предприятий. Основными источниками атмосферного загрязнения, связанного с деятельностью человека, являются тепловые и иные электростанции, предприятия черной и цветной металлургии, предприятия по добыче и переработке нефти, транспорт, а также предприятия по добыче и изготовлению строительных материалов.

Применение минеральных удобрений направлено на повышение содержания в почве всех необходимых элементов питания растений, но и здесь есть опасность загрязнения почв и продукции тяжелыми металлами, нитратами, фосфатами. Земледельцы имеют дело с различными искусственными и естественными источниками данных элементов. Основное требование к ним – хорошая растворимость (Ильин, Степанова, Гармаш, 1980).

Тяжелые металлы в минеральных удобрениях являются естественными примесями, содержащимися в агрорудах. Поэтому количество их в минеральных удобрениях зависит от исходного сырья и технологии его переработки. Наиболее существенны как по набору, так и по концентрациям примесей тяжелых металлов фосфорные удобрения, а также аммофосы, нитрофосы, нитрофоски (Ковальский, 1973).

Специфической экологической проблемой является загрязнение радионуклидами сельскохозяйственных угодий почти в 20 регионах страны в результате аварии на Чернобыльской АЭС. Площадь сильно загрязненных земель составляет около 330 тыс.га.

Что касается животного мира, в мировой фауне насчитывается около 1,5 млн. видов. Преобладают насекомые – 1,2 млн. видов. В фауне Российской Федерации насекомых 180 000 видов, птиц 700 видов, млекопитающих 245 видов. Из 245 видов млекопитающих 70 видов являются постоянными объектами охоты и еще 10-15 видов добывается нерегулярно. Объем добычи только водоплавающих птиц в год около 1 млн. особей. Из рыб на 21 вид рыбы приходится ~50% всего вылова.

Состав фауны вызывает очень сильную тревогу. Особенно это касается млекопитающих, рыб, птиц. С начала 1900 г. по 1981 г. валовые уловы рыбы возросли в 21,6 раза. С 1936 г. по 1981 г. Уловы возросли в 3,6 раза. Многие животные находятся на грани исчезновения. В настоящее время виды вымирают за несколько десятилетий, а раньше – за миллионы лет. Исчезновение видов растений создает угрозу вымирания для многих видов животных. Многие мелкие животные погибают при передвижении сельскохозяйственной техники по полям при обработке почвы, особенно при механизированной уборке (куропатки, суслики, зайцы). Также одной из серьезных проблем вымирания крупных животных и рыб является потеря и разрушение мест обитания. И человек имеет к этому самое прямое отношение.

Источником повышенной экологической опасности остаются крупные животноводческие комплексы, особенно свиноводческие, и птицефабрики. Выбросы этих объектов содержат аммиак, оксиды азота и углерода, метан, сероводород. И хотя крупных комплексов осталось не много, однако из-за несовершенства технологии утилизации стоков, выхода из строя очистных сооружений многие из них наносят немалый вред окружающей природной среде. Ежегодно согласно расчетам на этих объектах образуется около 300 млн. тонн навозной массы и сырого помета. В связи с этим переработка отходов животноводства в высокоэффективные биоудобрения и оздоровление окружающей среды в местах расположения животноводческих ферм и комплексов остаются одной из приоритетных экологических задач.

На характер баланса энергии и вещества оказывают влияние разнообразие популяций, строение и особенности территории агроландшафта, структура и сочетание природных и антропогенных компонентов. Наибольшее взаимное влияние испытывают сопряженные агроландшафты. По мере увеличения территории агроландшафта и совокупности его элементарных структурных единиц это влияние снижается, но возрастает разнообразие. Чем большую площадь занимает агроландшафт, тем сильнее выражены процессы биогеохимического перераспределения и тем более сложным становится процесс управления производителями и потребителями.

В заключение можно сказать, что в Российской Федерации в настоящее время имеет место техногенез, приводящий к негативным последствиям для окружающей среды. В первую очередь следствием является повышение экологической и генетической уязвимости агроэкосистем. Изменяется энергетический баланс и состав биосферы. Усиливается техногенная миграция элементов и соединений. Чтобы избежать этих последствий или хотя бы уменьшить их проявления, необходимо знание основ рационального и безопасного ведения сельского хозяйства.