Агроэкологический мониторинг

На мелиорированных землях необходимо принимать во внимание способ орошения, тип дренажа, сроки функционирования оросительной или осушительной системы, состав оросительных и дренажных вод.

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).Факторами формирования качества воды являются химические процессы трансформации и взаимодействия веществ, биохимические, биологические, физико-химические, а также гидрологические.

В химическом составе природных вод можно выделить следующие группы соединений.

1. Ионы, определяющие степень минерализации воды. Это анионы — С1-, SO42-, HCO3- , СО32-, и катионы — 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]

Глава 2. Эколого-токсикологическая оценка агроэкосистем

В системе агроэкологического мониторинга важной базовой составляющей является комплексная эколого-токсикологическая оценка исследуемых объектов.

Определение набора показателей для эколого-токсикологической оценки представляет собой самостоятельную методическую задачу, решая которую целесообразно учитывать:

      почвенно-климатические характеристики регионов;

      наиболее вероятные (на основе многолетних данных) метеорологические условия, включая особенности перемещения воздушных масс;

      возможность загрязнения агроэкосистем промышленными выбросами близлежащих предприятий; объемы и состав, токсичность выбросов (при обязательном учете розы ветров);

      применяемые технологии обработки почв и использования средств химизации (удобрения, средства защиты растений, химические мелиоранты).

Обязательное условие - проведение исходного химического анализа вод, почв, растений (в том числе по биогенным элементам: CI, F, Se, В, Br, As, NO3, NO2, нитрозоаминам; тяжелым металлам: Be, Mn, Zn, Pb, Cd, Cr, Co, Mo, Ni, Hg, V, Sn; остаткам средств защиты растений; обязательно — ДДТ (ДДЭ), бенз(а)пирен, диоксины. При этом целесообразно использовать технологические карты и архивные материалы.

Для ряда регионов обязательным требованием при определении набора показателей для проведения эколого-токсикологической оценки является гаммаспектрометрия и радиометрия образцов почв, вод и растений.

Обязательное условие проведения эколого-токсикологической оценки - исходный анализ вод, почв, растений по комплексу выбранных показателей на фоновой территории (на достаточно большом участке ненарушенного ландшафта). В этом случае представляется возможным проследить динамику изменений экологического состояния исследуемой агроэкосистемы, в том числе и при проведении природоохранных мероприятий. Площадь выбираемого фонового участка зависит от условий того или иного региона. При достаточном облесении и низком промышленном воздействии такие площади могут не превышать 1...1,5 га. В степных регионах, особенно при наличии экологически небезопасных предприятий (химические и металлургические производства, ТЭЦ и др.), указанные площади должны быть в 100...200 раз больше. Располагать фоновые участки надо с учетом розы ветров в соответствии с размещением оцениваемых агроэкосистем.

Контроль за накоплением растениями токсичных соединений и качеством растительной продукции входит в число системообразующих задач агроэкологического мониторинга. Токсикологическая же оценка продукции растениеводства определяет эколого-экономическую эффективность всего технологического комплекса возделывания культур.

Гранулометрический состав целесообразно определять 1 раз в 5... 10 лет. Определяют гранулометрический состав послойно через каждые 10 см с помощью бура методом пипетки (по Качинскому). Данный метод позволяет получить достаточно надежные результаты. Водопроницаемость, фильтрационная и водоудерживающая способности почв более динамичны во времени. Они существенно зависят от влажности, уплотненности и сложения почв. Данные показатели следует контролировать при полигонном мониторинге 1 раз в ротацию севооборота (из-за трудоемкости определения) в конце вегетации (после уборки), когда устанавливается относительно равновесная плотность почвы, а посевы не затрудняют полевое определение водопроницаемости и фильтрационной способности.

Постоянно наблюдая за состоянием агрофизических параметров, можно предотвратить нежелательные изменения и ухудшение свойств почв, развитие негативных деградационных процессов, а в итоге сохранить высокое плодородие почв, их важные экологические функции.

Рассматривая агроэкологический мониторинг относительно проблемы почвенного гумуса, следует учитывать, что данные фракционно-группового состава позволяют выявить генетические особенности гумуса различных почв, но малопригодны для оценки изменения природы гумусовых веществ под влиянием различных факторов, даже при длительном воздействии земледельческих приемов. Поэтому направленное регулирование количества и качества гумусовых соединений требует разработки методов диагностики их изменений под влиянием различных факторов техногенеза.

Без надежной информации о реальном вкладе биологического азота и органического вещества бобовых в различных почвенно-климатических условиях в зависимости от насыщенности севооборота бобовыми культурами и их видового состава трудно избежать негативных экономических и экологических последствий.

Для реализации потенциала биологического азота в практике земледелия необходима достоверная информация, позволяющая разработать систему оценочных показателей, основные из которых:

        размеры азотфиксации бобовыми при различной их урожайности;

        количество вовлекаемого атмосферного азота и поступление в почву органического вещества;

        возможные урожайности зерновых за счет использования азота бобовых и потребность в минеральном азоте при возделывании культур по бобовым предшественникам.

Исходными данными для решения этих вопросов должны служить материалы агроэкологического мониторинга.

Для однолетних бобовых культур массу органического вещества, общего и симбиотического азота, поступающую в почву, определяют ежегодно в конце вегетации, для многолетних бобовых трав - в год распахивания их пласта.

Органическое вещество бобовых, поступающее в почву, состоит из массы пожнивных и корневых остатков в слое 0...40 см и активного органического вещества, выпадающего из непосредственного учета (мелкие живые и отмершие корешки, клубеньки, корневые экссудаты и т. д.). Учет в этом случае ведут косвенно, вводят поправочные коэффициенты.

Практически выполняется следующая процедура. Первоначально учитывают корневую массу в слое почвы 0...20 и 20...40 см, отмывая корни от почвы на ситах с отверстиями 1,5...2,0 мм. Далее полученную учетную массу стерни и корней умножают на поправочный коэффициент. В итоге обеспечивается относительная полнота учета всей органической массы бобовых, поступающей в почву.

Важнейший показатель плодородия, определяющий урожайность сельскохозяйственных культур и эффективность действия удобрений,- содержание подвижного фосфора в почве, что также относится к объектам агроэкологического мониторинга.

Задача состоит в том, чтобы достичь в почве такого содержания фосфора, при котором он не являлся бы фактором, ограничивающим урожай.

Первая часть проблемы - создание определенного количества фосфора в почве - обоснована исследованиями системы «почва - удобрения - растения». Установлено, что для обеспечения потребности растений первостепенное значение имеет концентрация фосфора в почвенном растворе у поверхности корней. Степень концентрации зависит от поглощения фосфора корнями растений и восстановления ее за счет перехода фосфора из твердой фазы. Чем больше запас ионов, способных к обмену между твердой и жидкой фазами почвы (фактор емкости), чем больше их подвижность (фактор интенсивности), тем быстрее концентрация восстанавливается, а растения лучше обеспечиваются фосфором. [1]

Фосфор и калий являются основными макроэлементами, непосредственно участвующими в формировании величины урожая сельскохозяйственных культур. При недостатке хотя бы одного из них в почвенном растворе создается дисбаланс в минеральном питании растений, приводящий к потере урожая.

Обеспеченность почв фосфором.. С 1971-1999 г.г. в Новосибирской области просматривается увеличение площадей с очень низким и низким содержанием подвижных фосфатов при одновременном уменьшении площадей средней и повышенной обеспеченности

Падение естественного уровня фосфатного состояния почв отмечается почти во всех природно-климатических зонах области.

Степная зона: в Купинском районе в 1971 году площадь пашни с очень низким и низким содержанием фосфора составляла 7% от обследуемой, в Чистоозёрном -17%, к 1999 году эта категория земель увеличилась на 21% в Купинском районе и на 5% в Чистоозерном.

В южной лесостепи: в Татарском районе площадь пашни с очень низким содержанием фосфора за 28 лет увеличилась на 11% (было 10%, стало 21); в Чановском - на 17% (было 3%, стало 20%).

В Северной лесостепи Приобья: в Ордынском районе площадь пашни с очень низким и низким содержанием фосфора занимала в 1971 году 7%, Искитимском -19%; в 1999 году она достигла, соответственно, 16 и 46%, т.е. произошло увеличение в Ордынском районе на 9%, Искитимском - 27%.

Потери фосфатного уровня особенно существенны в районах лесостепи Присалаирья с расчленённым рельефом и более облегчённым механическим составом. В Маслянинском районе площадь пашни с очень низким и низким содержанием фосфора занимала в 1971 году 57%, Черепановском -17%, Сузунском -33%, Болотнинском - 22%; к 1999 году данная площадь увеличилась до 77% (на 20% -Маслянинский), до 31% (на 14% -Черепановский), до 82% (на 60% - Болотнинский). В Сузунском районе вся площадь пашни перешла в категорию очень низкой и низкой обеспеченности. Хотя в 1971 году в Сузунском районе 57 тыс. га имели среднюю обеспеченность и 32 тыс. пониженную и высокую.

Увеличение площадей с пониженным содержанием фосфора происходит за счет перехода фосфатов из градаций более высоких- по обеспеченности в менее обеспеченные.

Обеспеченность почв калием. Калийное состояние пахотных земель области характеризуется также сокращением площадей с высоким содержанием калия и увеличением площадей с пониженным содержанием. Повсеместно отмечается уменьшение площадей с градацией очень высокого содержания и увеличения площадей пониженного содержания калия (рис.2). Наиболее отчётливо этот процесс заметен в районах степной зоны, северной лесостепи Приобья и лесостепи Присалаирья. Например: степная зона: в Красноярском районе в 1971 году площадь пашни с очень высоким содержанием калия составляла 87%, в 1999 году - 0%, т.е. полностью перешла в более низкую категорию, в Купинском районе площадь земель с очень высоким содержанием калия составляла в 1971 году 91%, в \9Ъ9 году - 64% (уменьшение на 27%), Чистоозерном снижение с 93 до 58% (на 35%). [2]