^{Міністерство аграрної політики України}

^{ПОЛТАВСЬКА ДЕРЖАВНА АГРАРНА АКАДЕМІЯ}

^{Горб О.О.,}

^{Писаренко П.В.,}

^{Калініченко В.М.}

^{Аграрна екологія}

Навчальний посібник

(конспект лекцій)

_{Полтава 2008}

УДК

Горб О.О., Писаренко П.В., Калініченко В.М. Аграрна екологія: Навчальний посібник (конспект лекцій).

Рецензенти:

Патика В.П. – доктор біологічних наук, професор, академік УААН, завідувач відділу фітопатогенних бактерія Інституту імкробіології і вірусології ім. Д.К. Заболотного НАН України;

Макаренко Н.А. – доктор сільськогосподарських наук, професор, Заступник директора Інституту агроекології УААН;

Тищенко В.М. – доктор сільськогосподарських наук, професор, кафедри селекції, насінництва та генетики Полтавської державної аграрної академії.

Рекомендовано Міністерством освіти і науки України

як навчальний посібник для студентів вищих навчальних закладів

(лист №1.4/18-Г-742 від 01.04.08)

У навчальному посібнику викладено базові поняття агроекології як теоретичної основи раціонального природокористування, а саме її методи і завдання, основні закони екології, основні проблеми, що виникають у сільськогосподарському виробництві та можливі шляхи вирішення цих проблем.

Посібник призначений для студентів та аспірантів вищих навчаних аграрних закладів.

”_____________ 200__ р.)

© Горб О.О., Писаренко П.В., Калініченко В.М. – ПДАА, 2008

ЗМІСТ

ВСТУП 7

ТЕМА 1. АГРОЕКОЛОГІЯ – ТЕОРЕТИЧНА ОСНОВА РАЦІОНАЛЬНОГО ПРИРОДОКОРИСТУВАННЯ 9

1.1. Предмет, метод і завдання агроекології 9

1.2. Основні закони екології 15

1.3. Хімізація землеробства та агроекологія 17

ТЕМА 2. МЕТОДИ АГРОЕКОЛОГІЇ 25

2.1. Кількісний облік організмів 25

2.2. Моделювання і системний аналіз 28

2.3. Екологічна експертиза 32

ТЕМА 3. ЕКОЛОГІЧНА РОЛЬ ПРИРОДНО-ЗАПОВІДНИХ ТЕРИТОРІЙ УКРАЇНИ 39

3.1. Класифікація і роль об'єктів природно-заповідного фонду 39

3.2. Екологічне значення ландшафтів і заповідних територій 48

ТЕМА 4. ВПЛИВ ЗАБРУДНЕННЯ АТМОСФЕРИ І ГІДРОСФЕРИ НА СІЛЬСЬКОГОСПОДАРСЬКЕ ВИРОБНИЦТВО ТА ЗАХОДИ ЩОДО ЇХ ОХОРОНИ 54

4.1. Забруднення повітря та заходи щодо його охорони 54

4.2. Забруднення водного басейну та заходи щодо його охорони 68

ТЕМА 5. ОХОРОНА ГРУНТОВОГО ПОКРИВУ 89

5.1. Негативні наслидки вітрової та водної ерозії 89

5.2. Основні принципи системи протиерозійних заходів 91

5.3. Іригаційна ерозія ґрунту і заходи щодо її запобігання 100

5.4. Прийоми меліоративного поліпшення солонцевих ґрунтів 105

5.5. Переущільнення ґрунтів і заходи щодо його зменшення 108

5.6. Рекультивація земель 110

ТЕМА 6. ЕКОЛОГІЧНІ ПРОБЛЕМИ ПРИ ВИКОРИСТАННІ МІНЕРАЛЬНИХ ДОБРИВ 114

6.1. Основні фактори негативного впливу мінеральних добрив 114

на біосферу 114

6.2. Нітрати, ix негативний вплив і шляхи його запобігання 119

6.3. Шляхи можливого забруднення навколишнього середовища добривами і заходи щодо його запобігання 125

6.4. Використання полімерів-структуроутворювачів 131

ТЕМА 7. ПЕСТИЦИДИ ЯК ФАКТОР ЗАБРУДНЕННЯ НАВКОЛИШНЬОГО СЕРЕДОВИЩА 136

7.1. Забруднення біосфери пестицидами та їх негативний вплив на природу і людину 136

7.2. Екологізація захисту рослин 140

7.2.1. Агротехнічний метод 141

7.2.2. Біологічний метод 149

7.2.3. Раціональне застосування хімічного методу 153

7.2.4. Механічний метод 157

7.2.5. Фізичний метод 157

ТЕМА 8. ІОНІЗУЮЧЕ ВИПРОМІНЮВАННЯ ЯК ЕКОЛОГІЧНИЙ ФАКТОР У СФЕРІ АГРАРНОГО ВИРОБНИЦТВА 160

8.1. Джерела радіоактивного забруднення об’єктів навколишнього середовища і сільськогосподарського виробництва 160

8.2. Надходження радіонуклідів у рослини 163

8.3. Надходження радіонуклідів у продукцію тваринництва 165

8.4. Дія іонізуючого випромінювання на сільськогосподарські рослини 166

8.5. Заходи щодо зменшення вмісту радіонуклідів у продукції рослинництва 170

ТЕМА 9. КОНЦЕПЦІЯ БІОЛОГІЧНОГО (АЛЬТЕРНАТИВНОГО) ЗЕМЛЕРОБСТВА ЗА КОРДОНОМ 177

9.1. Системи альтернативного землеробства 177

9.2. Перспективи розвитку альтернативного землеробства 183

ТЕМА 10. ГОЛОВНІ ПРИНЦИПИ БІОЛОГІЧНОГО ЗЕМЛЕРОБСТВА 189

10.1. Головні принципи біологічного землеробства в Україні 189

10.2. Приклади екологічно чистих технологій вирощування польових культур 202

10.3. Особливості вирощування овочевих культур і картоплі 206

10.4. Охорона сільськогосподарської продукції від техногенного забруднення 209

СПИСОК ВИКОРИСТАНОЇ ЛІТЕРАТУРИ 212

ВСТУП

У зв'язку із зростаючим впливом людини на оточуюче середовище та порушенням численних зв'язків між явищами природи екологія нині стала найважливішою наукою – не тільки біологічною, а й соціальною.

Екологічна освіта підростаючого покоління є достатньо важливим і актуальним завданням сучасного суспільства, а також однією з основних умов його подальшого виживання. Тому таким важливим є зміст цієї освіти – той науковий багаж, фундамент знань, який повинен увійти у світогляд нового покоління, стати основою його діяльності, біоцентричного сприймання оточуючої природи.

Саме жива природа, з надр якої еволюціонувало людське суспільство, обумовлює і його життєзабезпечення як джерело харчових та інших відновлюваних ресурсів, регулятор якості води і повітря, запасів родючості ґрунтів та багато іншого. Вміння запобігати еволюційним катастрофам чи ліквідувати наслідки тих, які вже відбулися, правильно розпоряджатися тим, що дає нам природа, – це значить, у першу чергу, вміти зберігати та підтримувати на Землі життя у різних його проявах і формах. Тому екологічна грамотність неможлива без елементарного розуміння того, як побудована жива природа, з якими біологічними законами необхідно рахуватися людині у своїй господарській діяльності.

Сучасна молодь вступає у життя в епоху не тільки бурхливого розвитку науки і техніки, а й негативних наслідків науково-технічної революції та демографічного вибуху. Неконтрольоване зростання населення Землі, кількість якого вже перевищила критичну межу, дедалі більше забруднення атмосфери, гідросфери та літосфери, накопичення величезних об'ємів відходів людської діяльності при одночасному виснаженні майже всіх видів природних ресурсів призвели до розвитку глобальної екологічної кризи. Біосфера сьогодні вже не спроможна самоочищуватися, саморегулюватися й самовідновлюватися – вона дедалі активніше деградує.

Людству загрожує загибель найближчими десятиліттями, якщо воно терміново не змінить свого ставлення до природи, не змінить стилю своєї діяльності й існування, не переоцінить життєвих цінностей. Йому потрібні нова філософія життя, висока екологічна культура й свідомість.

Екологічний підхід повинен бути пріоритетом у будь-яких компромісах, а вивчення основ аграрної екології розглядається як важливий етап екологічної підготовки студентів на шляху удосконалення технології виробництва сільськогосподарської продукції з урахуванням охорони довкілля.

Виходячи з глобальних і регіональних екологічних проблем та сучасних підходів до їх вирішення, керуючись ідеями екологічної філософії, автори і підготували цей посібник, який має за мету надати студентам необхідні знання з питань сучасної аграрної екології.

Тема 1. Агроекологія – теоретична основа раціонального природокористування

1.1. Предмет, метод і завдання агроекології

Усе людство в цілому і кожна людина зокрема є частиною природи. Елементи природи, які використовуються у виробництві для задоволення потреб людини у сировині та енергії, становлять природні ресурси. Розрізняють відновлювані (ґрунт, рослини, тварини), невідновлювані (вугілля, нафта, газ, руди) та невичерпні (сонячна, ядерна, геотермальна, вітрова енергія, повітря, вода) природні ресурси. Тепер на виробничі та побутові потреби використовується понад 1/3 світового річного стоку, що за об'ємом становить 5,8 тис. км³ води. Тільки для спалювання палива використовується 15 млрд. тонн атмосферного кисню. Із земних надр видобувається 120 млрд. тонн гірських порід. Щороку під час сільськогосподарських та інших робіт переміщується близько 4 тис. км³ ґрунту. Темпи використання природних ресурсів з року в рік зростають. Загальносвітове використання, наприклад, мінеральних ресурсів і води щороку збільшується приблизно на 5 %, а виробництво енергії – на 8 %.

Нині на взаємовідносини природи і суспільства активно впливають процеси індустріалізації, урбанізації, а також інтенсифікації сільського та лісового господарства, розвиток транспорту, енергетики, туризму.

Всі елементи живої і неживої природи, які прямо чи побічно впливають на стан і життєдіяльність біологічних видів, у тому числі й на людину, називаються природними умовами. Всі види впливу людини на природу і всі зміни в природі, які зумовлюються ними, називаються антропогенними.

У наш час природа не встигає компенсувати шкоду, якої завдає їй людина. Так, для утворення шару чорнозему завтовшки 1 см залежно від географічних умов потрібно від 300 до 1000 років.

У цілому під охороною природи розуміють систему заходів, які забезпечують раціональне використання та відновлення природних ресурсів, збереження природних умов, сприятливих для життя людини, а також захист від руйнування типових, рідкісних і зникаючих природних об'єктів. При вирішенні біологічних проблем охорони природи треба зважати на взаємозв'язок природних явищ у середині біологічних комплексів. Цей взаємозв'язок і досліджує галузь біологічної науки – екологія.

Отже, екологія – наука про взаємовідносини живих організмів між собою і з середовищем їх існування. Цей термін був запропонований німецьким біологом Е. Геккелем у минулому столітті.

Вирішення проблем охорони флори і фауни, збереження природних умов, сприятливих для живих організмів, грунтуються на вивченні екологічних систем (екосистем) – природних комплексів, пристосованих до певних територій. При прогнозуванні змін природних комплексів і середовища використовують систему моніторингу (від англ. моніторинг – контроль управління, регулювання). Моніторинг включає всебічний аналіз стану та змін природного середовища, спостереження і контроль за зміною природних умов екосистем, що відбуваються як під впливом людини, так і в результаті природних процесів. У систему моніторингу входить також розробка основних заходів щодо управління станом природного середовища. При цьому використовуються сучасні методи досліджень, у тому числі й космічні. Тому особливо актуальною на сьогодні і на перспективу є взаємодія людини з навколишнім середовищем. Основними факторами формування навколишнього середовища є впровадження досягнень науки і людська праця. Показником культурного рівня людини, невід'ємною його складовою частиною є екологічні знання про взаємозв'язки біологічних систем різного рівня організації з навколишнім середовищем неорганічної й органічної природи, що досліджують загальні закони функціонування екосистем та їх роль у біосфері. Технологію тепер неможливо уявити без екології. Застосування нових маловідходних та безвідходних технологій знижує рівень негативного впливу виробництва на зовнішнє середовище. Цим визначається ступінь екологізації виробництва.

Питаннями охорони ґрунту і раціонального використання земельних ресурсів займається агроекологія – наука про агроценози. Вона також досліджує зв'язки між організмами в агроценозах, вплив на них зовнішніх умов, роль організмів у створенні певного біоценозного середовища, а також структуру, продуктивність, типи агроценозів та їх районування. Загальна мета агроекології – підвищення та відтворення родючості грунту, використання біоценотичних закономірностей культурної рослинності для підвищення її продуктивності та якості.

Існування будь-якого організму або групи організмів залежить від комплексу певних умов або факторів. Екологічним фактором називають будь-який елемент середовища, здатний безпосередньо впливати на живі організми, а також на характер їх взаємовідносин. Кількість екологічних факторів безмежна, однак значення їх різне, тому виділяють основні фактори, кожен з яких може бути критичним. В агроекології основними факторами є кліматичні, грунтові, біотичні та антропогенні.

Засновником вчення про біосферу був російський учений В.І. Вернадський. Він довів, що життя на Землі розвивалось як взаємозв'язана сукупність організмів, що забезпечувала безперервний потік елементів у біогенному обміні речовин на поверхні нашої планети. Взаємозв'язок між ними виявляється у біогенній міграції атомів за рахунок енергії сонячного випромінювання. Біосфера – це специфічно організована цілісність усього живого та мінеральних елементів.

Сонячна енергія на Землі зумовлює два кругообіги речовин у природі: великий, або геологічний, і малий, або біологічний, який розвивається на основі великого і завершується коловою циркуляцією речовин між ґрунтом, рослинами, мікроорганізмами і тваринами. Обидва кругообіги пов'язані між собою і є ніби єдиним процесом. Біологічний кругообіг включає кілька циклів, зв'язаних із кругообігом вуглецю, кисню, азоту, фосфору, сірки та інших хімічних елементів.

Популяції всіх видів, що займають певний простір, становлять біоценоз, який при взаємодії з середовищем існування утворює екосистему, або біогеоценоз.

У сільському господарстві формуються агроекосистеми трьох рівнів організації: перший – поле, зайняте культурою; другий – територія сівозміни з набором культур; третій – сільськогосподарський ландшафт – природно-економічний район з вираженою спеціалізацією.

Агроекосистема в рослинництві існує протягом року: від появи сходів до збирання врожаю. Основна мета управління сільськогосподарською екосистемою – отримання максимальної кількості сільськогосподарської продукції. Вплив хімізації на продуктивність агроекосистеми обмежений природними умовами. Межа позитивного ефекту використання добрив – це повне забезпечення сільськогосподарських культур елементами живлення з максимальним коефіцієнтом їх використання.

Зв'язок між різними структурними одиницями біосфери, біогеоценозів і ґрунтом здійснюється через біогеохімічні кругообіги.

А.Д. Фокін (1986) подав біогеохімічний кругообіг так: 1) хімічні форми елементів у ґрунті; 2) надходження доступних форм елементів у рослину; 3) біологічна міграція, тобто перерозподіл елементів між надземними органами та кореневою системою; 4) повернення елементів у ґрунт у трансформованій формі; 5) утилізація і трансформація рослинних решток ґрунтовою біотою в поєднанні з абіогенними процесами трансформації і міграції речовин до початкового стану.

Знання біогеохімічного кругообігу органічної речовини і хімічних елементів дає змогу регулювати поживний, водний, повітряний режими ґрунту, розробляти та ефективно використовувати різні прийоми, які захищають ґрунт та інші природні об'єкти від забруднення токсичними речовинами.

Добрива – найдієвіший засіб втручання людини в кругообіг речовин у землеробстві. Агрохімія вже не може використовувати традиційні методи досліджень. Необхідно вивчати дію добрив у ландшафті з використанням біогеохімічних методів досліджень. Тому виникають нові напрями досліджень – агрогеохімія й агроекологія.

Зміна кругообігу речовин залежить від багатьох причин. Так, речовини можуть вимиватися водою з верхніх шарів ґрунту в глибинні або підґрунтові води, у вигляді газів надходити в атмосферу, а також втрачатися внаслідок водної та вітрової ерозії ґрунту.

Агроекологія є біологічною, хімічною і сільськогосподарською наукою.

У дослідженнях вона використовує різні методи: польові, вегетаційні, лабораторні, хімічні, біохімічні, агрохімічні, фізіологічні, фізико-хімічні та радіобіологічні.

Зміст агроекології в інтенсивному землеробстві полягає у взаємодії системи ґрунт – рослина – засоби хімізації – вода – тварина – людина.

На основі зональних систем землеробства В.Д. Панніков та В.Г. Мінєев сформулювали основні умови й екологічні принципи підвищення ефективності засобів хімізації й охорони навколишнього середовища:

• проведення комплексу заходів, які забезпечують зберігання та розширене відтворення родючості ґрунту;

• утримання та збільшення частки гумусу як основного регулятора родючості ґрунту, захист ґрунтів від ерозії;

• оптимізація структури посівних площ;

• управління родючістю та ліквідація втрат хімічних засобів і добрив, використання їх на основі досягнень науки;

• освоєння інтегрованих систем захисту рослин;

• вирощування інтенсивних сортів культур;

• підвищення якості сільськогосподарських культур;

• облік погодних умов для забезпечення високої ефективності засобів хімізації;

• охорона навколишнього середовища від можливого негативного впливу засобів хімізації та інших антропогенних факторів;

• довгостроковий прогноз змін вмісту та дії токсикантів у ґрунті й екосистемах.

Пізнаючи закони природи, використовуючи досягнення сучасних наук (хімії, біології, математики, агрохімії, ґрунтознавства, біохімії, фізіології рослин, землеробства, генетики тощо), людина свідомо впливає на механізм та процеси, що відбуваються в біосфері.

Єдність фотосинтезу, живлення і морфогенезу є основою теорії продуктивності рослин. Останнім часом значно поширилась факторіальна теорія врожаю. Вона ґрунтується на законах агрохімії, серед яких найважливішими є:

• закон про оптимальне поєднання всіх факторів росту (вологи, елементів живлення, повітря, тепла, світла тощо):

• закон незамінності і рівнозначності факторів: жоден з факторів росту не можна замінити іншим, навіть близьким за властивостями та впливом на рослину;

• закон обмежувальних факторів, коли нестача одного фактора, наприклад температури, обмежує надходження елементів живлення в рослину і тим самим погіршує перебіг у них фізіолого-біохімічних процесів;

• закон комплексної дії всіх факторів росту і розвитку рослин;

• закон автотрофності зелених рослин, який ґрунтується на теорії живлення і фотосинтезу;

• закон фотосинтетичної активності та оптимізації факторів росту;

• закон постійного підвищення родючості ґрунтів;

• закон надходження, пересування і перетворення в рослинах елементів живлення.

Знання законів агрохімії дає змогу забезпечити високу ефективність використання добрив, а законів агроекології – запобігти шкідливому впливу антропогенних факторів.