Лекция №
Вопросы обеспечения экологической устойчивости необходимо решать только с учетом специфических свойств земли. Особенно это важно в современных условиях интенсивного воздействия на землю. Отрицательные последствия интенсивного воздействия проявляются в усилении процессов деградации почв; сокращении доли естественных фитоценозов; обесструктуривании пахотного слоя пашни и ухудшении водно-физических, физико-химических свойств почв; повышении минерализации поверхностных и грунтовых вод; загрязнении почвы, воды и воздуха химическими веществами, выбросами транспорта, промышленности и вспомогательных производств; уничтожении полезной микрофлоры и др.
Рациональным считается такое использование земель, при котором наряду с производством экономически целесообразного количества продукции сохраняется экологическое равновесие всех природных факторов. Для этого должна быть создана совокупность организационных, правовых, социальных и экономических факторов, обеспечивающих эффективное функционирование субъектов земельно-правовых отношений в конкретных природных условиях равновесной и устойчивой эколого-ландшафтной среды.
Теоретическим обоснованием комплексного и дифференцированного использования земельных ресурсов на эколого-ландшафтной основе являются главные законы экологии и природопользования (например, законы внутреннего динамического равновесия, разнообразия, незаменимости и равнозначности факторов жизни, минимума, оптимума и максимума, ограниченности природных ресурсов и др.). Кроме того, необходимо учитывать следующие особенности функционирования антропогенных ландшафтов:
сложность пространственно-временной структуры, обладающей теснотой взаимосвязи элементов систем как внутри ландшафтов, так и вне их;
наличие внутренней территориальной однородности и дифференциации структуры, при которых одно и тоже воздействие может вызвать разные по характеру и интенсивности изменения;
одновременное сочетание надежности, изменчивости и устойчивости.
В результате один и тот же ландшафт может характеризоваться различными состояниями, часть из которых благодаря саморегуляции может быть относительно устойчива, а часть — изменчива.
Устойчивостью антропогенного ландшафта можно назвать его способность сохранять (или восстанавливать) свою структуру при изменяющихся внешних (природных и антропогенных) воздействиях, продолжая выполнять заданные экологические и социально-экономические функции в конкретных пределах. Наиболее устойчивые компоненты ландшафта — его геологическая основа и рельеф, наименее устойчивые — растительный покров и почвы. Под надежностью ландшафта понимают его способность сохранять значения основных характеристик в определенных интервалах и режимах использования в течение конкретного периода.
Кроме учета особенностей агроландшафтов при обеспечении экологически устойчивых землевладений и землепользовании необходимо выполнение следующих требований:
сохранение существующих экологических систем и обеспечение их стабилизации;
сохранение на пространстве агроландшафта общего экологического баланса, включающего такие взаимосвязанные частные балансы, как водный, почвенный, агробиогеохимический и биогеоценотический;
восстановление ландшафтов в процессе их эффективного функционирования без больших эксплуатационных расходов;
удовлетворение эстетических и социальных потребностей человека.
Рассмотрим еще одно важное понятие — экологическое равновесие, т.е. баланс естественных или измененных человеком средообразующих компонентов и природных процессов, приводящий к длительному (условно бесконечному) существованию данной экосистемы. Этот баланс характеризует динамику прихода и оттока энергии, веществ и информации, поддерживающую экосистему в определенном состоянии или приводящую к смене одной экосистемы другой. Различают компонентное экологическое равновесие (основанное на балансе экологических компонентов внутри одной экосистемы) и территориальное экологическое равновесие (возникающее при определенном соотношении интенсивно и экстенсивно используемых участков ландшафта, обеспечивающем отсутствие нарушений в экологическом балансе территории в целом).
Обеспечение экологической устойчивости агроландшафтов может быть:
территориальным — сохранение природных экосистем на части территории с таким расчетом, чтобы специально выделенные участки поддерживали ранее существовавший или заданный баланс между средообразующими компонентами; осуществляется с помощью системы природных или особо охраняемых территорий, сети лесных участков и т.д.; покомпонентным — увеличение или уменьшение площади угодий отдельного вида (например, лесополос) для обеспечения равновесия ландшафта.
Основные принципы обеспечения экологической устойчивости агроландшафтов:
обязательность экологизации природопользования в целом и системы землевладения и землепользования в частности;
в основу земельного массива любого агроландшафта должна быть положена система относительно однородных и устойчивых территориальных комплексов различных уровней, сформированных на основе учета природных, экономических, экологических и социальных условий;
в процессе формирования их необходимо обеспечить выполнение основных экологических, социально-экономических и технико-технологических условий и функций земли;
критериями рациональности формируемых агроландшафтов являются сохранение здоровья людей, высокая экономическая, экологическая и рекреационная эффективность;
формирование экологически устойчивых агроландшафтов должно быть подкреплено системой экологического, включая природоохранное, обоснования и нормирования.
Для организации и успешного функционирования экологически устойчивых агроландшафтов необходим учет рельефа, почвенных, климатических и микроклиматических особенностей территории.
Из множества показателей, характеризующих почвенные условия агроланшафтов, можно назвать такие, как типы почв, мощность гумусового горизонта, его оструктуренность, водопроницаемость, эродированность, содержание гумуса, минеральных веществ, содержание пылеватой и мелкопесчаной фракции, карбонатов, уплотненность пахотного слоя и др.
Из характеристик рельефа к наиболее значимым для обеспечения экологической устойчивости можно отнести крутизну, форму, длину и экспозицию склона, перепад высот и степень расчлененности территории оврагами, балками и гидрографической сетью, величину местных базисов
эрозии и др.
Менее изучен для решения проблем агроландшафтов учет климатических и микроклиматических условий. Из климатических агроэкологических ресурсов важное значение имеют солнечная радиация (свет), температурный и водный режимы, прямо влияющие на продуктивность и состав агрофитоценозов и изменяющие свои параметры в результате действия других природных ресурсов. Микроклимат можно трактовать как климатический
режим первичной территориальной единицы, для которой характерна однородная подстилающая поверхность площадью от нескольких квадратных метров до нескольких квадратных километров (по высоте—до 2м). Локальные особенности микроклимата возникают под влиянием неровностей рельефа, характера почв и
растительного покрова.
С учетом комплексности действия климатических факторов очень важно выделить фактор, оказывающий определяющее влияние на использование земельных угодий на территории конкретного землевладения, землепользования или региона.
Из агроэкологических ресурсов антропогенному регулированию в определенной степени поддаются водные ресурсы, влияние остальных ресурсов следует учитывать.
Основные два направления при регулировании водных ресурсов:
1) полное задержание стока; 2) частичное задержание и безопасный отвод избыточного стока. Полное задержание стока можно обеспечить путем перевода поверхностного стока в почву с помощью различных агротехнических, лесо- и гидромелиоративных приемов непосредственно на месте выпадения осадков, а также аккумулированием стока путем создания регулирующих емкостей с последующим использованием осадков для лиманного и регулярного
орошения.
На основе водобалансовых расчетов, позволяющих использовать ландшафтно-гидрологический метод исследования, можно создавать устойчивые ландшафтно-гидрологические комплексы. В этих расчетах должны быть учтены район расположения, водорегулирующее действие существующих элементов организации территории (границы участков и полей севооборотов, лесные полосы, дороги и т.д.), характеристики водосборных бассейнов.
Причина неравномерного увлажнения различных участков холмистого рельефа (наряду с неодинаковым расходом влаги на испарение со склонов различной крутизны и экспозиции) — перераспределение осадков. Так, перераспределение влаги от дождей теплого периода в районах избыточного и достаточного увлажнения составляет обычно на южных склонах 10...15%, в засушливых областях — 10, а у подножий — до 140 %. На склонах северной экспозиции перераспределение достигает 25 %, соответственно увеличивается приход влаги к подножию северных склонов (до 150... 170%).
Рельеф также влияет на количество поступающего тепла и света.
Неравномерное распределение солнечной радиации на склонах разной экспозиции и крутизны является основной причиной возникновения микроклиматических различий в условиях расчлененного рельефа. Так, склоны северной экспозиции крутизной до 10° по сравнению с горизонтальной поверхностью в течение марта — сентября получают на 10...15% меньше, южные склоны—на 10...13 % больше солнечной радиации.
Вследствие неоднородности радиационного режима на разных склонах изменяется и температурный (тепловой) режим. Различия в температуре приземного слоя воздуха между повышенными и равнинными участками центра европейской части страны могут достигать 4...6 °С. Весной, летом и осенью южные склоны днем теплее, а северные — заметно холоднее открытого ровного места, причем эти различия возрастают с увеличением крутизны склона. Максимальная разница в дневной температуре на южных и северных склонах
крутизной 10° составляет 1,0...1,5 °С, а на склонах крутизной 20° — до 2,5...3,5 °С. Естественно, период, за который на южном склоне будет получена та же сумма тепла, что и на ровном месте, сокращается, а на северном склоне из-за систематического недобора тепла удлиняется. В средних широтах изменение длительности вегетационного периода на южных склонах крутизной до 10° может составить 7...9 дней, а на северных— 12...15 дней по сравнению с равниной. При этом значительно разнится длительность вегетационного периода и на различных частях одного склона.
Детальный учет микроклиматических условий на склонах позволяет определить различную степень ценности участков и дать объективное обоснование для рационального их использования под конкретные сельскохозяйственные культуры. В лесостепной зоне наиболее ценными участками для размещения теплолюбивых культур являются склоны южных экспозиций.
Различия микроклимата наблюдаются также под влиянием неоднородности гранулометрического состава почв, степени их эродированности и разного увлажнения, что, в свою очередь, влияет на сроки посева и урожайность культур (1).
Экологические издержки экстенсивного земледелия связаны также с несовершенством структуры посевных площадей, нерациональным
размещением культур, с шаблонной организацией территории и севооборотов, с технической отсталостью, с нарушающим воздействием на почвы тяжелой техники, с неграмотным применением удобрений и мелиорантов.
При экологическом нормировании сельскохозяйственных угодий можно выделить те же градации, что и для природных систем:
- относительное экологическое благополучие, когда состояние компонеггтов системы обеспечивает традиционные формы хозяйствования без ущерба для природы и здоровья человека;
- экологический риск способствует такому нарушению экологического равновесия, когда наблюдается достоверное изменение свойств комплексов агрофитоценозов, приводящее к негативным для природы и человека последствиям;
- экологический кризис соответствует такому нарушению экологического равновесия, когда изменение свойств агрофитоценоза представляет вред для ведения хозяйства и здоровья;
- экологическое бедствие характеризует негативные изменения,
приводящие к тяжелым последствиям, для устранения которых требуется сложная система мероприятий;
- экологическая катастрофа характеризует негативные изменения, приводящие к невозможности ведения хозяйства и проживания.
Для оптимизации свойств почв применяют мелиорацию. Мелиорация это проектируемое изменение естественных и изначальных функций ландшафтов для оптимизации условий жизни населения в регионе, рационального использования его ресурсов. Это наиболее интенсивное средство управления функционирования агроландшафтов, увеличения их природно-ресурсного потенциала, повышения надежности, устойчивости, эстетичности.
В настоящее время "потребительское давление" населения Земли, индустриальное потребление природных ресурсов (воздуха, воды, почвы, топлива, ископаемых и природных ресурсов) становится близким к способности саморегуляции природы. Как только произойдет превышение "потребительского давления" над самопроизводством природы, начнется деградация природы. В агроэкологии учитываются возможности деградации почв и ландшафтов.
При деградации ландшафтов в связи с развитием с/х производства происходят следующие изменения:
- упрощение пространственной структуры, разрушение геохимических барьеров, нарушение природных циклов химических элементов, высвобождение или накопление токсичных веществ;
- разрушение функциональных связей в ландшафте, проявляющееся в перераспределении жидкого и увеличении твердого стока, соответственно уменьшение самоочищающей способности ландшафта;
- появление новых, антропогенных элементов ландшафта (в том числе неуправляемых).
Деградация почв в основном обусловлена развитием водной и ветровой эрозии, переуплотнением почв, загрязнением почв тяжелыми металлами и ядохимикатами, изменением степени кислотности и щелочности почв выше или ниже адаптациошгых возможностей растений и биоты, развитием почвоутомления. При агроэкологической оценке последствий сельскохозяйственного производства следует учитывать изменение почв, ландшафтов, вод, воздуха, живых организмов как под влиянием распашки и обработки почв, внесения в почву удобрений, мелиорантов и ядохимикатов, так и под влиянием выращиваемых культур, а также под влиянием развития птицеводства, животноводства и т.д., накопления компонентов переработки сельскохозяйственной продукции.
Большинство экологических проблем носит интернациональный характер. Это относится и к проблемам агроэкологии. Миграция удобрений, мелиорантов, тяжелых металлов, ядохимикатов в грунтовые воды, в реки оказывает влияние на большие регионы. Химический и биохимический состав сельскохозяйственной продукции при ее транспортировке в различные регионы мира оказывает влияние на экологическую ситуацию и в районах потребления. Миграция в воздушную среду из сельскохозяйственных угодий углекислого газа, недоокисленных соединений азота, сероводорода, аммиака, метана, ацетилена не знает границ. Изменения в результате распашки земель образования кислорода, микроклимата; развитие водной и ветровой эрозии; осушение; орошение сопровождаются не только существенными изменениями биопродуктивности в одном регионе, но и имеют глобальные последствия.
При оценке агроэкологических проблем необходимо учитывать экологическую ответственность земледельцев. Реймерс Н.Ф. отмечает, что интегральными результатами деятельности человечества. передаваемыми из одного поколения к другому, являются демографический, культурный и научно-технический потенциалы, бытовое обеспечение, состояние среды существования. Ухудшение любого из этих результатов по сравнению с его состоянием при получении от предшествующего поколения означает ухудшение условий существования человечества и при долговременной тенденции к его ликвидации. Естественно, это относится и к уровню плодородия почв, состоянию среды, связанному с выращиванием растений и животноводством.
Особенностью агрофитоценозов является привнесение в систему вещества и энергии с удобрениями и мелиорантами, и часто более интенсивный обмен с окружающей средой. На пахотных угодьях наблюдается большая миграция веществ как в воздух, так и за пределы почвенного профиля. Регулируя степень открытости рассматриваемой термодинамической системы, можно изменить направление и интенсивность протекающих процессов.
Растения накапливают энергию солнечного света, которая затем вместе с опадом попадает в почву. При разложении растительных остатков часть освободившейся энергии расходуется на синтез более сложных органических соединений, вторичных минералов; расходуется на одновременно протекающие процессы ионного обмена, трансформации и миграции, дифференциации почвенного профиля. Таким образом гумусообразование сопровождается накоплением свободной энергии и информации системы.
Сельскохозяйственное использование изменяет биопродуктивность системы, а, следовательно, и накопление в ней энергии. Процессы деградации почв и ландшафтов чаще соответствуют увеличению энтропии или мере беспорядка системы, а также уменьшению ее долговечности. Развитие почв определяется трансформацией и миграцией не только вещества, но также энергии и информации. Необходимо ограничение максимальной продуктивности агроценозов в связи с техногенной нагрузкой, токсичными по величине потоками вещества и энергии, предельно допустимый уровень которых обусловлен буферными свойствами почв, ландшафтов. С этой точки зрения нельзя создавать почву с высоким фоном элементов питания, но загрязняющую грунтовые воды, воздух, сельскохозяйственную продукцию. Избыток каких-либо элементов в почве, уменьшение степени разнообразия экологических ниш приводит и к уменьшению степени самоорганизации системы, что в дальнейшем требует и гораздо большей энергии для ее оптимизации.
В агрофитоценозах, в отличие от природных естественных сообществ, нарушаются взаимосвязи, они испытывают постоянное антропогенное воздействие. Для их регулирования необходимо учитывать законы земледелия. Наиболее важны следующие законы земледелия: незаменимости, равнозначности факторов жизни растений, минимума, оптимума и максимума, комплексного воздействия и оптимального состояния факторов; закон лимитирующего фактора, закон необходимости возврата в почву питательных веществ; закон соответствия растительного сообщества своему местообитанию и необходимости соблюдения правильного чередования сельскохозяйственных культур во времени и в пространстве. (Чем разнообразнее видовой состав фитоценоза, тем он более жизнеспособен и связан со средой обитания, в т.ч., с почвой).
Одним из важных факторов, влияющих на урожай с/х культур, плодородие почв, продуктивность фитоценозов, является почвоутомление. Его проявление возможно в связи с неблагоприятным изменением различных свойств почв, почвенных процессов и почвенных режимов. Возможна индикация почвоутомления по изменению плодородия почв (отдельных свойств, процессов, режимов), по угнетению биоты почв, по уменьшению урожая с/х культур и ухудшению его качества, по изменению в неблагоприятную сторону компонентов экологической системы. Причинами почвоутомления могут быть: неправильный подбор почв под культуру, нарушение принципа совместимости видов, нарушение в системе севооборота, нарушение в системе удобрений, в системе интегрированной защиты растений. Почвоутомление чаще возникает при монокультуре. Следствием почвоутомления является потеря структуры почв, уплотнение, резкое уменьшение разнообразия ферментов и микроорганизмов, наличие в почве токсичных для биоты и растений органических и неорганических продуктов, резкое уменьшение подвижности и доступности отдельных элементов до появления их токсичных концентраций, размножение вредителей и сорняков, развитие болезней.
Изменения, происходящие в агрофитоценозах, связаны с перераспределением веществ в ландшафтах. Наряду с позитивными изменениями в ландшафтах, которых добивается земледелец, все сильнее проявляются негативные последствия тсхногенеза. Нередко они превосходят экологически допустимые пределы и способность экосистем к саморегуляции. Влияние техногенеза на геохимию ландшафтов обусловлено, в основном, следующими процессами: ускоренным окислением гумуса и образованием углекислого газа, парниковым эффектом, усилением углекислотного выветривания минералов, засолением рек аридных регионов, отчуждением биогенных элементов с урожаем, подкисленном среды, эвтрофикацией водоемов, внесением с удобрениями тяжелых металлов, внесением ядохимикатов, интенсивной денудацией. Новые потоки вещества и энергии в агроландшафтах изменяют и геохимические барьеры, так как при этом происходит изменение аэрации, гумусированности, кислотности, микробиологической активности и т.д.
Решение экологических проблем с/х производства ведется по сле-
дующим направлениям: переход к альтернативным системам земле-
делия без применения химических средств; переход от эксплуатации
открытых систем к использованию условно закрытых искусственных
образований; конструирование экологически безопасных агроландшаф-
гов в оптимальном соотношении с сопряженными природными ланд-
шафтами; разработка адаптивно-ландшафтных систем земледелия.
Важное значение имеет строгий расчет равновесий, процессов и режимов в системе почва—растение—среда, их моделирование и управление. Более перспективно тонкое воздействие на причины саморазвития процессов, а не на их следствие.
Построение адаптивно-ландшафтных систем земледелия определяют следующие факторы: природные условия (агроэкологнческая группа земель, категория ландшафта), основные направления растениеводства, форма и уровень интенсификации, форма использования земли и воспроизводства плодородия (паровая, плодосменная, противоэрозионная, мелиоративная, контурно- мелиоративная), ограничение химизации (для водоохранных зон, рекреационных зон).
Важным правилом хозяйственной деятельности является необходимость применения адаптивных технологий. Одним из основных требований к правильному использованию земель является оптимальный подбор почв в соответствии с экологическими особенностями культур. При повышении уровня загрязнения почв исключается выращивание зеленных культур, овощей, затем зерновых культур и при более высоком загрязнснии технических культур. При развитии эрозии исключается выращивание пропашных культур и увеличивается в севообороте доля трав. Нерационально планирование выращивания с/х культур в пониженных элементах рельефа, где происходит накопление токсикантов, в геохимических провинциях, где в почве наблюдается высокое накопление элементов, оказывающих отрицательное влияние на здоровье животных и человека.
1. Варламов А.А. Хабаров А.В. Экология землепользования и охрана продных ресурсов. – М: Колос, 1999. – 159 с. (С. 90-95) (Пим.)
2. Экология, охрана природы и экологическая безопасность. Под общей редакцией проф. В.И. Данилова-Данильяна. – М.: Изд-во МНЭПУ, 1997. – 744 с. (Пим.), (С. 209-216)