Перспективы экологической оптимизации структуры агроэкосистем на примере колхозов Баймакского района РБ - (диплом)

Перспективы экологической оптимизации структуры агроэкосистем на примере колхозов Баймакского района РБ - (диплом)

Дата добавления: март 2006г.

    Оглавление
    Введение
    2

Глава 1. Оптимизация структуры агроэкосистем ... ... ... ... ... ... ... 4

1. 1. Предпосылки агроэкологии ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ...

    4

1. 2. Задачи агроэкологии. Место оптимизации в задачах агроэкологии ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... .

    15

1. 3. История развития идей экологической оптимизации и современное состояние разработок ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ...

    17

Глава 2. Природные условия Баймакского района ... ... ... ... ... ... 21

2. 1. Климат ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... .

    21

2. 2. Почвенные условия ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ...

    22

2. 3. Растительность ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ...

    23
    Глава 3. Содержание программы экологической оптимизации
    30

3. 1. Сбор фактических материалов ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ...

    30

3. 2. Оптимизационная процедура ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ...

    31
    Глава 4. Опыт оптимизаци структуры агроэкосистем

Баймакского района ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... .

    35

4. 1. Общая оценка состояния агроэкосистем ... ... ... ... ... ... ... ... . 35

    4. 2. Оптимизационные решения на примере ОПХ “Баймакское”
    36

4. 3. Результаты оптимизации агроэкосистем колхозов ... ... ... ... .

Баймакского района ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... .

    50

Зкалючение и выводы ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... . 57

Список литературы ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ...

    59

Приложение ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... .

    66
    Введение

Сельское хозяйство районов Зауралья РБ в настоящее время испытывает тяжелейший экологический кризис. Сложившаяся в регионе экологическая ситуация вызвана чрезмерными антропогенными нагрузками на агроэкосистемы. Пастбищные нагрузки превышают норматив в 10-20 раз, во всех хозяйствах имеет место антиэкологичная структура поголовья скота с завышенной долей овец и КРС и низким участием лошадей, площадь пашни в степной зоне доходит до 90% от общей площади равнинной части хозяйства (экологический норматив - не более 75%), доля трав в севооборотах снижена или таковые полностью отсутствуют. В результате в районе происходит активная деградация агроресурсов: все основные пастбищные массивы деградированы, на пашне развивается эрозия почв и формируется дефицит минеральных элементов. Как итог в последние годы намечается тенденция снижения урожайности зерновых культур и выхода животноводческой продукции. Учеными Башкортостана впервые в России начаты научные исследования по разработке программ оптимизации и нормирования нагрузок на агроэкосистемы. Исследования проводятся на базе лабораторий геоботаники БГУ и ИБУфНЦ РАН. В ходе исследований особое внимание уделяется районам Зауралья с целью сохранения окружающей среды коренного этноса республики.

Исследования финансируются Министерством чрезвычайных ситуаций и экологической безопасности Республики Башкортостан.

Данная дипломная работа является частью этих исследований. Автор ее участвует в выполнении данной программы начиная с третьего курса и принимая участие в обследованиях и разработке проектов для Абзелиловского и Баймакского районов РБ.

Цель работы: разработать проект оптимизации структуры землепользования и поголовья скота для обеспечения устойчивого развития сельского хозяйства на примере колхозов Баймакского района.

В соответствии с этой целью перед автором были поставлены следующие задачи: 1) проанализировать литературу и выявить те теоретические работы, которые могут быть полезны для разработки рекомендаций по оптимизации агроэкосистем района; 2) изучить современное состояние агроэкосистем Баймакского района; 3) показать возможности оптимизации агроэкосистем с использованием программы, разработанной в лаборатории геоботаники БГУ;

Работа выполнялась в течении 2-х лет в лаборатории геоботаники БГУ. Автор выражает благодарность научному руководителю доктору биологических наук, заслуженному деятелю науки РБ и РФ, профессору Б. М. Миркину, а также кандидатам биологических наук Р. М. Хазиахметову, Л. М. Абрамовой, М. С. Саитову за постоянные консультации и всем сотрудникам лабораторий геоботаники БГУ и ИБ УНЦ.

    Глава 1. Оптимизация структуры агроэкосистем
    1. 1. Предпосылки агроэкологии

Конец ХХ века ознаменовался глобальным экологическим кризисом в биосфере. Наряду с промышленностью и атомной энергетикой, в чашу экологических проблем внес свой вклад и кризис в сельском хозяйстве (Карпачевский, 1987; Одум, 1987; Реймерс, 1987; Жученко, 1988; Кант, 1988; Букштынов, 1989; Яблоков, 1990; Розанов, Розанов, 1990; Миркин и др. , 1991; Небел, 1993; Миркин, Хазиахметов, 1995).

Экологическая несостоятельность интенсивных технологий явилась предпосылкой для зарождения агроэкологии. Из имеющейся литературы по этой теме можно выделить 4 основных блока экологических проблем: деградация агроресурсов, экологический дисбаланс функциональных связей в агроэкосистемах, энергетический кризис и ухудшение качества сельскохозяйственной продукции.

В лексикон экологии недавно вошли еще два термина, обозначающие понятия, которые имеют особую важность для разработки программы выживания человечества на планете. Это понятия "продовольственная безопасность" - (F. S. ) food security (Braun, 1994) и “емкость выживания” - (C. C. ) carrying capacity, буквально емкость поддержания (Postel, 1994). Оба понятия входят в число параметров общества устойчивого развития, в котором гармонично сочетаются интересы ныне живущих поколений с интересами тех, кому предстоит жить в будущем на той же территории.

F. S. - это система, обеспечивающая производство продуктов питания отдельной страны или всего мирового сообщества в целом, количество которых достаточно для того, чтобы не возникало проблемы голода, а C. C. - предельно допустимая численность народонаселения (опять-таки на территории отдельно взятой страны или всей планеты в целом), которая соответствует экологическим нормативам рационального природопользования и охраны природы.

Деградация агроресурсов. Агросфера сегодня занимает около 1/3 площади суши, в том числе около 10% агросферы занято под пашней, остальное - пастбища (Одум, 1986). В сельскохозяйственное использование вовлечена часть лесов, где пасется скот или производится заготовка кормов (Миркин, 1991).

Общий расклад современного использования суши приведен на таблице 1.

    Таблица 1.
    Динамика земельных ресурсов мира (в млн. га)
    (Розанов, Розанов, 1990)
    Категория
    Год
    земель
    1966
    1980
    1989
    Пахотные земли
    1381
    1452
    1473
    Пастбища
    1122
    3117
    3110
    Леса и кустарники
    4236
    4093
    4053
    Прочие земли
    4340
    4417
    4443

По этим данным легко прослеживается динамика соотношения земельных ресурсов мира. Можно видеть, что скорость приращения площади пашни за последнее время резко сократилась, поскольку дальнейшее освоение целины уже невозможно. Резко возросшие площади пастбищ с 80-х годов начинают убывать за счет перевода их в пашню.

Использование земельных угодий человеком всегда сопровождалось потерей продуктивных земель. По данным Б. Г. Розанова и др. (1989), за последние десять тысяч лет было потеряно 2000 млн. га (в среднем 0. 2 млн. га в год). На последние 300 лет приходится потеря 700 млн. га (2. 3 млн. га в год). За последние 50 лет выпали из использования 300 млн. га (6 млн. га в год). Таким образом, за период существования земледелия скорость потери возросла в 50 раз. Темпы потерь плодородных земель представлены на рис 1.

Почвы являются центральным элементом агроэкосистем, и "отрицательная энергия" от антиэкологических энергетических субсидий действует, в первую очередь, именно на этот компонент. В большом числе как отечественных, так и зарубежных работ эрозия почв рассматривается как самый опасный результат сельскохозяйственного производства (Заславский, 1987; Карпачевский, 1987; Кузнецов, 1989; Котлярова, 1990; Толчельников, 1990). На территории бывшего СССР было эродировано уже 68% пахотных почв (Никонов, 1986), причем ежегодно эрозия уносит сегодня 3. 6 млн. га. По данным

В. Г. Минеева (1988), недобор урожая на слабосмытых почвах составляет 10-20%, на среднесмытых - 30-50%, а на сильносмытых - 60-80% от урожая с неэродированных земель. В Республике Башкортостан количество эродированных земель составляет 48% от общей площади сельскохозяйственных угодий. Пахотный фонд республики эродирован на 60% площади (Комплексная программа.... , 1990). Деградация сельскохозяйственных ресурсов происходит и в результате накопления тяжелых металлов, пестицидов и других токсических веществ. С каждой тонной вносимого в почву фосфора попадает 160 кг фтора, который содержиться в фосфорных удобрениях, как примесь. Сырье для производства фосфорных удобрений содержит до 2 % стронция и кадмия (Минеев, 1988).

Д. К. Коулман и др. (1987) приводит данные о том, как влияют интенсивные системы обработки почвы на баланс минеральных элементов в почве. Интенсивная агротехника и увеличение доли пашни влечет за собой понижение содержания органического углерода и азота в почвах (табл. 2) (Коулман и др. , 1987; Кант, 1988).

    Таблица 2.

Сравнительное содержание органического углерода и азота в почвах северной части великих равнин (США) под пастбищем, под пашней со стерневой мульчей и под чистым паром. (Коулман, 1987)

    Механический состав почвы
    Пастбище
    Севооборот пшеница - пар при минимальной обработке почвы
    Севообороты пшеница - пар при интенсивной обработке почвы
    Легкий
    6684/785*
    6017/757
    4397/594
    Средний
    9218/1039
    6574/816
    6850/802
    Тяжелый
    9833/1102
    9551/1067
    8844/1015

* В числителе - углерод, в знаменателе - азот, г/см2 в слое почвы 45, 7 см

На рис. 2 можно проследить, как происходит обеднение почв по содержанию азота при длительном сохранении севооборота пшеница-пар.

Неизбежным результатом интенсивного выращивания монокультуры является обеднение биологического разнообразия, что усугубляет деградацию ресурсов агроэкосистемы (Одум, 1987). Также губительно для биоразнообразия и сведение лесов, которое происходит не только за счет вырубки, но и за счет выпаса скота, эрозии, мелиорации и химизации (Букштынов, 1989).

Естественные кормовые угодья, используемые под пастбища, на сегодняшний день находятся в катастрофическом положении в результате пастбищной дегрессии. Причина дегрессии пастбищ - чрезмерные нагрузки, превышающие экологический норматив в 10-20 раз (Миркин и др. , 1996) .

Экологический дисбаланс функциональных связей в агроэкосистемах. Увеличивается доля человека и домашних животных в биосфере. Если в 1886 году она составила 5% всей биомассы животных, то сейчас уже 20%, согласно прогнозам, к 2000 году этот показатель может возрасти до 40% (Олдак, 1990). А. В. Яблоков (1990) проанализировал практику использования пестицидов в сельском хозяйстве. По его мнению, человек уже проиграл битву с насекомыми-вредителями, которые приспосабливаются к инсектицидам быстрее, чем изобретаются и выпускаются препараты. Под воздействием пестицидов погибают и “враги наших врагов”. Это приводит к экологическому дисбалансу в звене насекомое - энтомофаг, что служит причиной возникновения вторичных вспышек уцелевших, устойчивых к пестицидам популяций вредителей. Дальнейшее наращивание доз ведет к бесконечной гонке по замкнутому кругу (Небел, 1993). Немногим лучше обстоит дело и с сорными растениями, в популяциях которых сравнительно недавно обнаружились экотипы, устойчивые к гербицидам. В итоге, видов-засорителей стало меньше, но экземпляров засорителей больше. Примерно также обстоит дело с использованием фунгицидов. На рис. 3 можно видеть количественную динамику применения химикатов за последние годы. Примечательно, что применение гербицидов растет быстрее по сравнению с инсектицидами, что отражает большую эффективность их использования и появление целого ряда малотоксичных и быстроразлагающихся в почве гербицидов, заменяющих агротехнические приемы при минимальной обработке почвы. После осознания бессмысленности дальнейшего наращивания применения химических средств борьбы с насекомыми резко упала роль инсектицидов.

Несколько иначе обстоят дела с объемами применения пестицидов в нашей республике. Как видно из рис. 4, за последние годы прослеживается резкое падение объемов применения ядохимикатов. Однако это не результат целенаправленной экологизации сельского хозяйства в РБ. Причина падения в настоящее время - отсутствие денег у сельхозпроизводителей на покупку нужного количества химикатов.

Усиливает разбалансированность экосистем превышение экологических нормативов распаханности территории и пастбищных нагрузок (Миркин и др, 1995).

Дисбаланс минеральных элементов в результате разрыва круговорота органики общий недостаток всех узкоспециализированных (растениеводческих или животноводческих) агроэкосистем. Причина тому - чрезмерное наращивание одного трофического компонента и снижение участия других или даже их полное отсутствие (как в примере с чисто растениеводческими хозяйствами, где отсутствуют сельскохозяйственные животные). Г. Кант (1988) приводит данные о балансе минеральных элементов в почве в зависимости от комплексности (наличия животноводства и растениеводства) агроэкосистемы. В этой же работе приводятся рекомендации по замене навоза сидератами, что позволяет создать “эффект присутствия сельскохозяйственных животных” в чисто растениеводческой агроэкосистеме. На основании полученных данных Кант пишет, что самый благоприятный баланс гумуса в почве получается в комплексных агроэкосистемах, где мелкие животноводческие фермы равномерно распределены по всей площади экосистемы. В хозяйствах с преобладанием растениеводства необходимо использовать завозные корма, что позволит компенсировать потерю минеральных элементов, выносимых зерновыми культурами.

Энергетический кризис. Несмотря на усугубление экологических проблем в биосфере, продолжается рост энергопотребления в сельском хозяйстве, что не сопровождается повышением производства зерна (Braun, 1994). Это говорит о том, что естественные производственные емкости агроэкосистем исчерпаны. Впрочем, как показывает мировой опыт интенсификации сельского хозяйства, и до начала стагнации урожайности, огромные затраты энергии на агроэкосистемы сопровождались только небольшим увеличением выхода продукции. С 1910 года в США затраты на сельскохозяйственное производство возросли в 10 раз, что дало эффект только 2-хкратного увеличения урожая. В Англии за последние 10 лет количество вносимых удобрений увеличилось в 8 раз, тогда как урожай возрос только на 50% (Ecological.... , 1974).

Страницы: 1, 2, 3, 4, 5, 6