Мониторинг за состоянием растений
Введение
Современный кризис в аграрном секторе экономики обостряется и переплетается с кризисом экологическим, который выражается в развитии эрозионных процессов, разрушении почвенного покрова и, в конечном итоге, в снижении плодородия почв.
За последние десятилетия аграрная сфера производства России пережила тяжелый кризис. По многим основным отраслям сельское хозяйство страны отброшено на 25-30 лет. Капитальные вложения на развитие сельского хозяйства за этот период сократились в 20 раз, объем внесения минеральных удобрений – в 7 раз, органических удобрений- в 5,5 раза, площади известкования кислых почв снизились в 9 раз, фосфоритования – в 11,5 раза.[1]
В 1990-е годы в России в результате разрушения государственной системы управления воспроизводством плодородия почвы кризис почвенных ресурсов принял всеобщий характер. Различными формами деградации почв оказалось подвержено около 230 млн. га земли, при этом сельскохозяйственные земли деградировали на 48 % площади, пастбища и сенокосы - на 25 %. Из сельскохозяйственного оборота за последние 10 лет выбыло более 30 млн. га земли и процесс этот продолжается [3].
Нарушение севооборотов, мелиоративных и почвозащитных систем земледелия, противоэрозионной организации территории, примитивная агротехника, низкий уровень производственной культуры на земле, отсутствие современных технологий и средств производства, развитие деградации земель являются следствием неуправляемого землепользования, оставленного без тщательного контроля со стороны государства.
|
|
|
На сегодня экологический фактор в решении сложившейся земельной проблемы выходит на первый план наряду с экономическими вопросами: необходимо систематически отслеживать изменения состояния почв, своевременно выявлять негативные процессы и стремиться предотвращать их.
Важная роль в организации контроля за состоянием окружающей природной среды принадлежит экологическому мониторингу, призванному осуществлять систематические наблюдения за изменяющимися показателями окружающей природной среды, давать оценку состояния и прогнозировать характер изменений; в зависимости от напряженности антропогенных и природных факторов.
Агроэкологический мониторинг, являющийся важной составляющей частью Единой Государственной системы экологического мониторинга, представляет собой общегосударственную систему наблюдений и контроля за состоянием и уровнем загрязнения агроэкосистем (и сопредельных с ними сред) в процессе интенсивной сельскохозяйственной деятельности. Он направлен на создание высокоэффективных, экологически сбалансированных агроценозов на основе оптимального использования и расширенного воспроизводства почвенного и ресурсного потенциала.
|
|
|
Цель данной работы – обосновать необходимость проведения агроэкологического мониторинга. Для достижения данной цели будут решаться следующие задачи:
1. Определить цели, задачи, основные понятия агроэкологического мониторинга;
2. Обосновать районы (регионы), наиболее нуждающиеся в проведении агроэкологического мониторинга.
3. Проследить динамику изменения агроландшафтов на основе многолетних наблюдений;
Работа состоит из двух основных разделов. Раздел 1 – теоретический, в нем рассматриваются основные понятия агроэкологического мониторинга, определяются его основные цели и задачи.
В разделе 2 будет обоснована необходимость проведения агроэкологического мониторинга земель Российской Федерации, будет дана характеристика земельных угодий некоторых регионов на основе имеющихся данных по мониторингу.
В заключении работы приведены выводы, сделанные в ходе проведенной работы.
Раздел 1. Основные понятия агроэкологического мониторинга
Цели, задачи и компоненты агроэкологического мониторинга
|
|
|
Основной целью агроэкологического мониторинга является создание высокоэффективных, экологически сбалансированных агроценозов на основе рационального использования и расширенного воспроизводства природно-ресурсного потенциала, грамотного применения средств химизации сельского хозяйства и т. д. Поэтому в задачи агроэкологического мониторинга входят следующие мероприятия:
· организация наблюдений за состоянием агроэкосистем;
· получение систематической объективной и оперативной информации по регламентированному набору обязательных показателей, характеризующих состояние и функционирование основных компонентов агроэкосистем;
· оценка получаемой информации;
· прогноз возможного изменения состояния данного агроценоза или системы их в ближайшей и отдаленной перспективе;
· выработка решений и рекомендаций; консультации;
· предупреждение возникновения экстремальных ситуаций и обоснование путей выхода из них;
· направленное управление эффективностью агроэкосистем.
Агроэкосистема – система, объединяющая участок территории (географический ландшафт), занятый хозяйством, производящим сельскохозяйственную продукцию. В ее состав входят: почвы с их населением (животные, водоросли, грибы, бактерии), поля-агроценозы, скот, фрагменты естественных и полуестественных экосистем (леса, естественные кормовые угодья, болота, водоемы) и человек. От естественных акосистем агроэкосистемы отличаются по целому ряду показателей (табл. 1).
|
|
|
Таблица 1. Сравнительный анализ естественных экосистем и агроэкосистем [6]
| Параметр | Естественная экосистема | Агроэкосистема |
| Источник энергии для работы | Солнечная энергия, фиксируемая при фотосинтезе | Солнечная энергия, антропогенная энергия (особенно высокие вложения при интенсивном растениеводстве) |
| Степень замкнутости циклов минеральных элементов | Высокая. Практически все элементы циркулируют по почти замкнутому циклу. Возможны некоторые потери за счет использования биомассы человеком | Низкая. Вынос веществ человеком значителен |
| Отток вещества за счет межсистемных связей | Низкий, но может возрастать при выпасе | Высокий, выносится до 50% внесенных удобрений, теряется гумус вследствие эрозии, вымываются пестициды |
| Трофическая структура | Блок гетеротрофов состоит из естественных консументов и редуцентов и составляет около 10% от биомассы растений. Основная часть первичной биологической продукции используется сапротрофами | Основными гетеротрофами являются человек и скот, которые потребляют большую часть первичной продукции. В подземной части биомасса гетеротрофов может быть значительной, но не более 10% от всей биомассы гетеротрофов |
| Соотношение фитомассы надземной и подземной частей | От 1:0,5 до 1:100 | От 1:1 до 1:0,1 |
| Роль разных частей растений в накоплении гумуса | Надземные и подземные части участвуют в равной мере | Формирование гумуса идет в основном за счет пожнивных остатков |
При проведении агроэкологического мониторинга основываются на ряде принципов, к числу которых следует отнести:
· Комплексность – одновременный контроль за тремя группами показателей, отражающих наиболее существенные особенности вариабельности агроэкосистем (показатели ранней диагностики изменений; показатели, характеризующие сезонные или краткосрочные изменения; показатели долгосрочных изменений);
· Непрерывность контроля за агроэкосистемой, предусматривающая строгую периодичность наблюдений по каждому показателю с учетом возможных темпов и интенсивности его изменений;
· Единство целей и задач исследований, проводимых разными специалистами (агрометеорологами, агрохимиками, гидрологами, микробиологами, почвоведами и другими.) по согласованным программам под единым научно-методическим руководством;
· Системность исследований – одновременное исследование блока компонентов агроэкосистемы: атмосфера, вода, почва, растение, животное, человек;
· Достоверность исследований – точность исследований должна перекрывать пространственное варьирование, сопровождаться оценкой достоверности различий;
· Одновременность (совмещение, сопряженность) наблюдений по системе объектов, расположенных в различных природных зонах.
Основными блок-компонентами агроэкосистем являются атмосфера, вода, почва, растения. Проведение мониторинга по каждому из этих объектов имеет определенные особенности, и потому будет рассматриваться отдельно.[1]
Почвенный мониторинг
Почвенный экологический мониторинг является составной частью агроэкологического мониторинга. Он состоит из трех последовательных взаимосвязанных частей: контроль (наблюдения) за состоянием почв и почвенного покрова и оценка их пространственно-временных изменений; прогноз вероятных изменений состояния почв и почвенного покрова; научно обоснованные рекомендации по направленному регулированию основных средств и режимов в почвах, непосредственно определяющих их плодородие и урожайность сельскохозяйственных культур.
Получаемая на базе мониторинга информация об изменении свойств почвы, почвенных режимов и процессов под воздействием естественных факторов почвообразования и антропогенных нагрузок служит основой для моделирования почвенного плодородия.
Задача мониторинга состояния почвенного покрова - обеспечение регулярного контроля использования земель, однородности почвенного покрова полей, эрозионных процессов, оползневых и селевых наносов, подсклонового заиления, заболачивания, засоления, опустынивания и других негативных процессов.
Контроль за использованием земель подразумевает наблюдение за соответствием природного потенциала земель их производственному назначению. Контроль однородности почвенного покрова полей – выявление контурности, пятнистости, образования микрорельефа и др. Контроль за развитием эрозионных процессов подразумевает слежение за увеличением числа оврагов, дефляция поверхности, перемещение барханов, дюн и других негативных процессов.
Усиление негативных антропогенных воздействий, обусловливающих нарушение почв и снижение их плодородия, требует включения в программыпочвенно-экологического мониторинга следующих задач:
· определение потерь почвы (в том числе скорости потерь) в связи с развитием водной эрозии и дефляции;
· контроль за изменением кислотности и щелочности почв (прежде всего в районах с повышенными дозами внесения минеральных удобрений при осушении и орошении, а также при использовании мелиорантов и промышленных отходов в окрестностях крупных промышленных центров, которые характеризуются высокой кислотностью атмосферных осадков);
· контроль за изменением водно-солевого режима и водно-солевых балансов мелиорируемых, удобряемых или каким-либо другим способом изменяемых почв;
· выявление регионов с нарушенным балансом основных элементов питания растений; обнаружение и оценки скорости потерь почвами гумуса, доступных форм азота и фосфора;
· контроль за загрязнением почв тяжелыми металлами, выпадающими с атмосферными осадками, и за локальным загрязнением их тяжелыми металлами в зонах влияния промышленных предприятий и транспортных магистралей;
· контроль за загрязнением почв химическими средствами защиты растений в районах их постоянного использования (например, на рисовых полях);
· контроль за загрязнением почв детергентами и бытовыми отходами, особенно на территориях с высокой плотностью населения;
· сезонный и долгосрочный контроль за структурой почв и содержанием в них элементов питания растений, за водно-физическими свойствами и уровнем грунтовых вод;
· экспертная оценка вероятности изменения свойств почв при сооружении гидромелиоративных систем, внедрении новых систем земледелия и технологий, строительстве крупных промышленных предприятий и других объектов.
Многообразие природных условий и факторов антропогенных воздействий на почвы, сложность почвенных структур обусловливают необходимость разработки дифференцированных программ почвенно-экологического мониторинга.
Начальный этап мониторинга (первая форма) позволяет оценить состояние почв и почвенного покрова, масштабы воздействия антропогенных факторов, направленность и интенсивность развития негативных процессов и выбрать (в соответствии с базовыми принципами мониторинга) объекты для последующих исследований.
Стационарная форма почвенно-экологического мониторинга (вторая форма) реализуется по расширенной программе комплексных исследований свойств и параметров почв, режимов и процессов, протекающих в них.
Для длительных и комплексных наблюдений стационарный участок должен включать группу достаточных по размерам площадок, которые охватывали бы все виды почв, различающихся по степени проявления тех или иных процессов, например, при гидроморфизме мезоморфные почвы вершин повышений, глееватые почвы склонов, глеевые понижения рельефа. То же относится и к немелиорированным массивам. Размеры экспериментальных участков (площадок) трудно определить заранее. Их устанавливают с учетом размеров и состояния элементарных почвенных ареалов, длительности исследований, видов режимных исследований и периодичности наблюдений.
Третья форма мониторинга реализуется по сокращенной программе в процессе маршрутных обследований заранее выбранных участков или маршрутов (по тому же принципу, что и стационаров). При этом основное внимание уделяют репрезентативным диагностическим показателям, наиболее динамично меняющимся во времени (кислотность, ОВП, плотность и структурное состояние почвы, впитывание УГВ и т.д.). Маршрутные обследования пространственно могут быть приурочены к стационарным участкам или их прокладывают по самостоятельным направлениям.
По своему содержанию маршрутная система мониторинга представляет собой форму оперативного контроля за состоянием почв и почвенного покрова, мелиоративных систем, агроэкосистем и продуктивностью земель. Периодичность (частота) маршрутов 1...3 за вегетационный период. В случае выявления негативных процессов (переосушение или подтопление площадей, утечка воды из дрен, изреженность и вымокание посевов, засоление, подкисление, осолонцевание, эрозия и т. д.) составляют соответствующие карты и картосхемы, специальные акты. При обнаружении значительных изменений в свойствах почв и структуре почвенного покрова оценивают целесообразность проведения дальнейших наблюдений на таких участках (территориях).
Четвертая форма мониторинга заключается в сплошном обследовании территории. Выходные информационные материалы при этой форме мониторинга составляют в первую очередь инвентаризационные картографические характеристики, а также картограммы агрохимических обследований и разработанные на этой основе рекомендации по рационализации землепользования.
Получаемые данные о фактическом состоянии почвенных (содержание гумуса, эродированность, рН, засоленность, солонцеватость и др.) и агрохимических (содержание подвижных форм азота, фосфора, калия и др.) свойств, агропроизводственная группировка почв и «почвенные очерки», характеризующие почвы по всему спектру пользования, служат базовыми предпосылками для последующих теоретических обобщений и практических рекомендаций. Последние же должны отражать трансформацию сельскохозяйственных угодий; охрану почв от водной и ветровой эрозии; осушение, орошение и проведение культуртехнических работ; химическую мелиорацию земель (известкование, гипсование и т.д.); рациональные размещения и набор сельскохозяйственных культур; особенности агротехнических приемов и систем применения удобрений с учетом почвенных условий; улучшение сенокосов и пастбищ.
Обязательное условие при осуществлении рассматриваемой формы мониторинга - использование методов картографирования. При этом набор приемов получения исходных данных (от визуальных до космических) должен быть максимально полным.
В зависимости от сложности почвенного покрова для проведения съемок, оценки специализации хозяйств и интенсивности использования земель устанавливают различные масштабы почвенных исследований (лесостепь - 1 : 10 000 – 1 : 25 000; пастбищные угодья в полупустыне - 1 : 50 000; орошаемые и осушенные земли - 1 : 2000 – 1 : 5000 ). Одновременно дифференцируют точность проводимых обследований и составляемых картографических материалов.
В результате длительной распашки, применения удобрений, химических мелиорантов, орошения, осушения и других агротехнических и мелиоративных мероприятий компонентный состав комплексных почвенных контуров изменяется. На это обстоятельство в процессе мониторинга следует обращать серьезное внимание.
Для достижения репрезентативности наблюдений и объективности оценок состояния и изменений почвенно-агрохимических свойств почвенные обследования целесообразно проводить с периодичностью 1 раз в 10-15 лет, а агрохимические - каждые 5 лет. Проведение таких работ повторно, с одной стороны, позволяет устранять недостатки и восполнять пробелы прежних наблюдений, а с другой (что наиболее существенно) - выявлять и фиксировать происшедшие изменения свойств почв и почвенного покрова вследствие природных и антропогенных воздействий.
Объекты мониторинга закладываются во всех земледельческих зонах. Они должны отражать типичные природные и сельскохозяйственные ландшафты и быть приурочены к местам наиболее интенсивного антропогенного воздействия. Параллельно выбирают фоновые территории (участки), представленные природными ландшафтами, почвы которых за последние 40-50 лет не испытывали или испытывали незначительные антропогенные нагрузки. Фоновыми территориями могут служить заповедники.
При выборе объектов мониторинга учитывают специализацию хозяйства, систему земледелия, способы обработки почв, систему севооборотов. Целесообразно выбирать объекты исследования (хозяйства) с разным экономическим уровнем.
Вид и степень антропогенного воздействия на почвы и структуру почвенного покрова также существенно влияют на выбор объектов мониторинга и объекты соответствующих работ. Например, при организации почвенного мониторинга распространения вторичного засоления число наблюдательных участков помимо прочих условий будет зависеть от степени (и, возможно, вида) засоления, уровня грунтовых вод и других специфических факторов. Предположим, что в зоне засоления почв имеются эрозионно опасные земли и источники техногенного загрязнения (к примеру, тяжелыми металлами), тогда в схему объектов мониторинга включают участки, позволяющие учитывать различные масштабы смытости, а также особенности аккумуляции почвой техногенных веществ в зависимости от расстояния до источников загрязнения, вида ценозов и других экологических факторов.
На мелиорированных землях необходимо принимать во внимание способ орошения, тип дренажа, сроки функционирования оросительной или осушительной системы, состав оросительных и дренажных вод.[1]
Мониторинг за состоянием растений
Одним из основных блок-компонентов агроэкосистем являются растения. В процессе агроэкологического мониторинга фиксируют не только количество и качество урожая в конце вегетации, но данные по всем динамическим показателям его формирования (накопление биомассы; формирование листовой поверхности для последующего расчета использования фотосинтетического потенциала, развитие ассимиляционной поверхности листьев; изменение структуры агрофитоценоза и его оптико-биологическая характеристика с оценкой КПД использования лучистой энергии; закладка и реализация элементов продуктивности растений).
Проведение таких наблюдений позволит уточнить сроки агротехнических и агрохимических мероприятий, контролировать развитие процессов формирования урожая. Зная оптимальные параметры отдельных элементов, можно регулировать их.
При интенсивных технологиях возделывания зерновых культур для целесообразного внедрения различных агротехнических мероприятий, направленных на увеличение урожайности, важен учет не только фаз, но и этапов развития растений.
Для характеристики фотосинтетической деятельности растений оперируют площадью листовой поверхности, которую можно измерять с помощью фитопланиметра или рассчитывать по формуле
S = LDK ,
где L - длина листьев; D - ширина листьев; К- постоянный поправочный коэффициент, равный для пшеницы и ячменя 0,67; для кукурузы 0,75.
Площадь листьев определяют в те же периоды, что и биомассу растений. По полученным данным строят кривые нарастания площади листьев в онтогенезе.
Морфофизиологический метод контроля позволяет в течение онтогенеза наблюдать за формированием основных элементов продуктивности, оценивать фото- и биосинтетическую активность посевов. Метод позволяет не только грамотно определять сроки агроэкологических мероприятий, но и объективно оценивать потенциальные возможности растений и степень реализации этих возможностей в зависимости как от применяемой системы удобрений, так и от абиотических факторов.
Выращивание экологически безопасной продукции в условиях накопления тяжелых металлов в почве требует изучения баланса их в целом, а также его расходных статей (вымывание фильтрующимися и поверхностными водами, вынос растениями и др.).Процессы накопления тяжелых металлов в почве, их подвижность и вертикальная миграция по профилю изучены пока недостаточно. Поэтому наряду с исследованиями миграции биогенных элементов из почвы с фильтрующимися водами необходимо изучать миграцию тяжелых металлов (Cd, Zn, Pb, Cr, Cu, Ni и др.) и факторы, влияющие на этот процесс (тип почвы и гранулометрический состав, содержание органического вещества, физико-химические свойства, известкование, применение минеральных и органических удобрений).[1]
Мониторинг состояния вод
Факторами формирования качества воды являются химические процессы трансформации и биохимические, биологические, физико-химические, а также гидрологические взаимодействия веществ.
В химическом составе природных вод можно выделить следующие группы соединений.
1. Ионы, определяющие степень минерализации воды (С1-, SO42-, HCO3- , СО32-, Са2+, Mg2+, К+);
2. Биогенные вещества: нитраты (NO-3), нитриты (NO-2), аммоний (NH+4), фосфаты (РО3-4), кремний (Si), органические соединения азота и фосфора;
3. Органические вещества - комплекс истинно растворимых и коллоидных органических соединений;
4. Растворенные газы (02, С02, Н2 и др.);
5. Микроэлементы (Li+, Pb2+, Cs+, Ве2+, Sr2+, Ba2+, Cr2+, Mo, V, Mn, Br--, J-, F-, B);
6. Ионы водорода, определяющие кислотно-щелочное равновесие водных растворов (рН);
7. Радиоактивные элементы;
Качество природных вод, контактирующих и взаимодействующих с почвой, тесно связано с почвенными процессами и техногенным воздействием на почву. Под влиянием антропогенных факторов в природных водах могут содержаться различные загрязняющие вещества: нитраты, нитриты, пестициды, фенольные соединения, синтетические поверхностно-активные вещества, тяжелые металлы и т. д.
Атмосферные осадки, вынося из атмосферы вещества-загрязнители, являются фактором экологического риска. Так, наличие в атмосфере окислов серы и азота создает опасность выпадения кислотных дождей.
Анализ химического состава атмосферных осадков необходим для учета поступления элементов на единицу площади при балансовых расчетах.[1]
Дата добавления: 2019-07-15; просмотров: 894; Мы поможем в написании вашей работы! |
Мы поможем в написании ваших работ!