ВВЕДЕНИЕ
При развитии сельского хозяйства
важнейшей задачей естественных и агрономических
наук является разработка теоретических
и методологических основ перехода от
традиционных энергоресурснозатратных
систем земледелия, вызывающих деградацию
природной среды к адаптивно-ландшафтным
системам нового поколения, способствующих
повышению биопродуктивности возделываемых
культур с воспроизводством в первую очередь,
почвенного плодородия в агроэкосистемах.
Успешное решение этой актуальной и приоритетной
проблемы сельскохозяйственного производства
возможно только на основе всесторонней
экологизации процессов землепользования.
Важное условие экологизации
сельского хозяйства - использование биоценологических
экосистемных принципов. Экологизация
систем землепользования, как и всего
АПК, входит составной частью в государственную
концепцию устойчивого развития России,
так как экологизация земледелия в настоящее
время, а тем более в будущем - единственный
гарант обеспечения населения продуктами
питания и продовольственной безопасности
страны.
В связи с этим разработка научно
обоснованных приёмов, технологий и систем
земледелия, обеспечивающих устойчивость
функционирования агроэкосистем и агроэколандшафтов,
было и остаётся самым актуальным и приоритетным
направлением исследований в агроэкологии.
Цель проекта - установление
экологических критериев устойчивости
функционирования агроэкосистем: первый
- биоутилизации азота за ротацию севооборота
в зависимости от системы земледелия;
второй - сбалансированности продукционного
и природообразовательного процессов;
третий - экологически оптимальной урожайности.
Задачи:
расчет показателей расхода
азота на образование биомассы, отчуждаемого
урожая как основной составляющей части
продукционного процесса в агроэкосистеме;
определение потерь азота почвы
в севообороте за счет водной эрозии, инфильтрации
и дефляции;
выявление количественных параметров
аккумуляции азота в приросте гумуса как
основного показателя процесса почвообразования;
расчет критерия экологического
равновесия продукционного и средообразовательного
процессов в агроэкосистеме;
установление экологически
оптимальной продуктивности агроценоза
в сравниваемых системах земледелия.
расчет энергетической эффективности
сравниваемых систем земледелия по результатам
за ротацию;
агроэкологическая оценка традиционной
и альтернативной систем земледелия и
разработка комплекса агротехнических
мероприятий по поддержанию устойчивости
функционирования агроэкосистем.
- ОБОСНОВАНИЕ АКТУАЛЬНОЙ ТЕМЫ
Сельскохозяйственная, деятельность
человека осуществляется в границах целостных
природных образований - ландшафтов. Деятельность
человека приводит к значительным и устойчивым
изменениям природной среды.
Использование традиционной
системы земледелия с широким применением
пестицидов – обязательное условие поддержания
высокой продуктивности агроэкосистемы,
что компенсирует возможные экологические
издержки. 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
[12].
Интенсивное земледелие нацелено
на повышение урожайности культур благодаря
эффективному использованию средств химизации,
биологических способов защиты растений,
мелиоративных приемов, внедрению прогрессивных
технологий, учитывающих зональную почвенно-экологическую
специфику, что, в конечном счете, способствует
повышению плодородия почв и охране агроландшафтов
от загрязнения и деградации [14]
Основной наиболее распространенной
системой земледелия является традиционная,
основанная на применении минеральных
удобрений. Наряду с традиционными приемами
ведения сельского хозяйства во многих
странах развивается альтернативное земледелие,
основанное на применении органических
удобрений и запашки пожнивных корневых
остатков. Основным недостатком данной
системы является ухудшение фитосанитарной
обстановки на полях. Целью альтернативного
земледелия является сохранение и повышение
плодородия почвы; защита окружающей природной
среды; активизация круговоротов веществ
и переноса энергии в агроэкосистемах;
снижение энерго - и материалоемких получаемой
продукции; экономия ресурсов невосполнимой
энергии; улучшение качества производимой
продукции; производство гарантированного
количества продукции; обеспечение устойчивости
агроэкосистем.
2. ХАРАКТЕРИСТИКА УСЛОВИЙ
ПРОВЕДЕНИЯ ИССЛЕДОВАНИЙ
2.1. Физико-географическая
характеристика района
Новобурасский район Саратовской
области расположен в северной части правобережья.
Территория района расположена на Приволжской
возвышенности с преобладающими высотами
200 — 250 м. Наибольшие высоты на северо-востоке
достигают 320 м, низшие точки в долине реки
Чардым — 30 м.
Поверхность территории
сложена отложениями юрской и
меловой систем на юге и
палеогеновой на севере (песчаники, пески,
глины, опоки, мергели). Из полезных ископаемых
имеется месторождение известняков. Расчлененность
территории овражно-балочной сетью средняя
и слабая, степень эродированности почв
повышается от центра к периферии района
от 50 до 75%[2].
2.2. Климат
Климат умеренно - континентальный.
Зима (декабрь - середина марта) - морозная,
малоснежная, с оттепелями. Температура
воздуха днем -7°... -10° С, ночью - 12°...-18° С. В
холодные зимы морозы держатся до -30° С.
Снежный покров в феврале достигает толщины
до 40 см. Средняя глубина промерзания грунта
около 70 см. Весна (середина марта - май)
- теплая, быстрая. Осадков мало, грунт
быстро подсыхает. Ночные заморозки наблюдаются
до конца апреля. Лето (июнь-середина сентября)
- жаркое, засушливое. Средняя температура
воздуха днем +23°...+27° С, в июле -выше +30° С,
осадки выпадают обычно в виде ливневых
дождей. Осень (середина сентября - ноябрь)
- в первой половине - теплая, во второй
- прохладная, с увеличением количества
осадков. Заморозки начинаются в первой
декаде октября. Многолетняя среднегодовая
температура – + 8° С, средняя многолетняя
температура зимы – -10°С, средняя многолетняя
температура лета – +24°С. Среднегодовая
норма солнечных дней – 120-180 дней. Температурный
режим отличается от среднеширотного
- зимой холоднее в среднем на 5° С, летом
теплее в среднем на 4.5° С. Средние суточные
амплитуды температуры воздуха довольно
высоки (летом до +13.5° С и зимой 7...8° С). Иногда
суточная амплитуда температуры воздуха
может достигать 21° С летом и 22° С зимой. Вертикальный
градиент температуры воздуха лежит в
пределах 0.8° ...1.0°С (относится к условиям
ясной солнечной погоды). Повторяемость
инверсий (задерживающих слоев) составляет
37...40%. Сочетание приземных инверсий и
слабых ветров приводит к застою воздуха. Наиболее
теплым месяцем является июль со средней
температурой +21°С. Среднемесячное количество
осадков - 44 мм с максимумом, приходящимся
на июль (47 мм) и минимумом -на апрель (25
мм). Количество дней в году без осадков
~120. Преобладающее среднегодовое направление
ветров – западное и северо-западное.
По временам года преобладающее направление ветров наблюдается: зимой
– юго-восточное и западное; весной - юго-восточное
и восточное;
летом - западное и северо-западное; осенью
- западное, северо-западное и юго-восточное. Средняя
скорость ветров составляет 2-5 м/с, временами
бывают сильные ветры (до 25 м/с). Максимум
прихода солнечной радиации приходится
на июнь-июль (~900 Мдж/кв.м в месяц) и минимум
на декабрь (~122 Мдж/кв.м в месяц). Число ясных
дней по общей облачности за год составляет
-47 и по нижней облачности -125.Число пасмурных
дней по общей облачности - 138 и по нижней облачности - 65. Наиболее
опасные метеоусловия, с точки зрения
загрязнения нижних слоев атмосферы выбросами
промышленных предприятий крупных административно-территориальных
единиц (муниципальных образований), создаются
именно в пасмурные дни, особенно при наличии
нижней облачности, сопровождающейся,
как правило, инверсиями (задерживающими
слоями) [1].
2.3. Рельеф
Территория Новобурасского
муниципального района в геоморфологическом
отношении расположена на Приволжской
возвышенности и приурочена к денудационной,
пологоволнистой с различной степенью
всхолмленности, равнине. Общий уклон
поверхности наблюдается с северо-востока
на юго-запад. Общий характер рельефа холмисто-грядовой,
плоско-вершинные или холмисто-увалистые
возвышения чередуются с понижениями –
седловинами. Водоразделы южного направления
обычно короткие, а северного гораздо
длиннее, с ровными пологими склонами. Поверхность
района значительно расчленена овражно-балочной
сетью, которая отличается однотипностью.
Вершины балок имеют вид плоских понижений
с очень пологими склонами, постепенно
переходящими в хорошо разработанные
русла с покатыми, крутыми, задернованными
местами обнаженными берегами. Овраги
северного направления в большинстве
своем глубокие, разветвленные, длиной
8-10 км. Восточные и южные скаты их круты,
в некоторых местах обрывисты с обнажениями
пород. Днища оврагов и балок часто с водотоками,
много родников, вследствие чего днища
оврагов размыты, иногда сильно заболочены,
закустарены и совершенно непроходимы.
Многие из оврагов действующие[3].
2.4. Гидрология
Гидрографическая сеть на территории
района представлена реками: Чардым с
притоками (Красная, Соколка, Сокурка),
Медведица, а также оврагами и балками,
впадающими в эти реки. Река Чардым относится
к Волжскому бассейну, а р. Медведица –
к Донскому. По гидрологическому режиму
реки района относятся к типу равнинных
смешанного питания. Среднегодовые расходы
воды в них составляют менее 1 куб. м/ сек.,
вследствие чего водоотбор из рек допустим
лишь не более 10 % минимального расчетного
стока. Питание рек в основном происходит
в весенний период за счет таяния снега
и в меньшей степени за счет грунтовых
и дождевых вод. Для всех рек района характерно
неравномерное распределение стока в
году, наибольшая часть его наблюдается
в период весеннего половодья и составляет
76 % всего годового стока. Течение рек постоянно,
за исключением мелких. Подъем уровня воды
в реках начинается в среднем в начале
апреля и заканчивается в конце апреля
– начале мая. За время половодья уровень
воды на реках Чардым и Медведица повышается
в среднем на 1,5- 3 м, а на притоках до 1,2-
2 м. Вода в это время заливает всю пойму.
Зимний режим характеризуется устойчивым
ледяным покровом, ледостав устанавливается
с середины ноября по середину марта и
начало апреля, продолжительность его
109-142 дня, толщина льда от 45 до 85 см, максимальная
– 103 см (р. Медведица). Температурный режим
рек меняется в зависимости от сезонов
года наиболее интенсивный нагрев водной
поверхности происходит в июне-августе
и колеблется от +18 до +22оС. Максимум
наступает в июле + 230. Продолжительность
купального сезона на реках и водоемах
со среднесуточной температурой воды
выше +170С – 85-90 дней. Самой
крупной рекой на территории муниципального
образования является река Чардым, она
пересекает территорию с северо-запада
на юго-восток, а затем сделав поворот,
с севера на юг. Долина реки хорошо разработана
с ассиметричными склонами, правый высокий
и крутой, а левый чаще всего пологий. Река
имеет хорошо развитую пойму. Характеристики
других рек аналогичны названной. Вода
в реках района пресная, обладает хорошими питьевыми
качествами. В районе преобладают ветры
юго-восточного, северо-западного и западного
направлений. Муниципальное образование
относится к зоне сейсмического риска
первой категории [2].
2.5. Почвы
В соответствии с климатическими
и геоморфологическими условиями, горными
породами почвообразовательный процесс
на территории района протекает по лесостепному
типу с образованием черноземных почв.
В почвенном покрове
доминируют выщелоченные черноземы в
северной части и обыкновенные на юге [5].
Гипс и легкорастворимые соли
в профиле почв отсутствуют. Содержание
гумуса в верхних 10 см — 6-10%, падение его
вниз по профилю постепенное. В составе
гумуса гуминовые кислоты преобладают
над фульвокислотами, отношение Сг : Сф
= 1,5-2,0. В верхней части гумусового горизонта
реакция среды близка к нейтральной или
нейтральная, и лишь к нижней границе гумусового
горизонта происходит ее слабое подкисление.
Почвы имеют высокую емкость поглощения
(40-50 мг-экв на 100 г почвы), в подгумусовом
горизонте — 25-35 мг-экв на 100 г почвы, поглощающий
комплекс практически полностью насыщен
основаниями. Валовой состав говорит об
отсутствии заметного передвижения полуторных
окислов в профиле почв; отмечается некоторая
(до 10-15%) обедненность полуторными окислами
и илом верхней части гумусового горизонта.
Выщелоченные черноземы и обыкновенные
черноземы не содержат поглощенного водорода.
Обыкновенные черноземы насыщены Са++ и Mg++ и лишь в
отдельных случаях в них встречаются следы
поглощенного Na+ [3].
В связи с такой насыщенностью
почвенных коллоидов основаниями рН солевой
вытяжки обыкновенных черноземов колебляется
около 7,0; нейтральная или близкая к ней.
2.6. Растительный и животный
мир
Территория муниципального
района расположена в зоне луговых степей
(северная часть района) и разнотравно-типчаково-ковыльных
степей, (центральная часть района) и типчаково-ковыльных
степей (южная часть). Леса в основном расположены
на вершинах и склонах водоразделов, представлены
они ольшаниками, дубравами, осиновыми
и березовыми волнами. Кроме того, на территории
района есть лесополосы и лесонасаждения
вдоль оврагов, состоящие из клена, акаций,
лоха, дуба, смородины золотистой и других
пород. Общая площадь лесного фонда 24,3
тыс. га. В долинах речек, балок и оврагов
растут ивняк, ветла, дуб, береза, черемуха
и др. Естественная травянистая растительность
сохранилась в основном в балках, оврагах,
на нижних частях склонов, вдоль оврагов
и речек, на крутых склонах холмов, бугров
и уступов к долинам рек. В лесах района встречаются: куница,
крот, заяц-беляк, соня-лесная и соня-полчек,
сурки, слепыши, барсуки, кабаны, лоси,
лисицы, ежи, барсуки, белки, лесная мышь,
желтогорлая мышь ласка, горностай, волки, благородный олень, тетерев
[11].
2.7. Современное экологическое
состояние района проведения
исследований
Выбросы загрязняющих веществ
в атмосферу муниципального Новобурасского
района в 2012 году составили 1,797 тыс. т, в
том числе: