Содержание к диссертации
Введение
1. Обзор литературы 8
1.1 Экологическая емкость агроландшафта и структура его биоэнергетического потенциала
1.2 Методические подходы к изучению экологической емкости 10
1.3 Агроландшафты и их классификация 14
1.4 Влияние типов растительности на экологическую ёмкость агроландшафтов 25
1.4.1 Лесные ценозы 25
1.4.2 Травянистые ценозы 29
1.4.3 Полевые ценозы 31
2. Условия, объекты и методика проведения исследований 41
2.1 Характеристика объектов исследования 60
2.2 Методика проведения исследований 62
3. Экологическая ёмкость агроландшафтов 67
3.1 Продуктивность фитоценозов 68
3.1.1 Продуктивность травянистых ценозов и запасы в них энергии 68
3.1.2 Продуктивность полевых ценозов и запасы в них энергии 72
3.1.3 Продуктивность лесных ценозов и запасы в них энергии 76
3.2 Энергопотенциал почвы и запасы энергии в подвижных минеральных элементах питания 79
3.3 Зависимость экологической ёмкости агроландшафтов с черноземными почвами от различных факторов 82
4. Особенности функционирования агроландшафтов, различающихся по экологической емкости 87
4.1 Уровень воспроизводства плодородия почвы 87
4.2 Связь экологической емкости агроландшафтов с урожайностью сельскохозяйственных культур 94
4.3 Энергетическая эффективность возделывания сельскохозяйственных кул ьтур 98
Выводы 100
Рекомендации производству 102
Библиографический список 103
- Методические подходы к изучению экологической емкости
- Влияние типов растительности на экологическую ёмкость агроландшафтов
- Продуктивность травянистых ценозов и запасы в них энергии
- Связь экологической емкости агроландшафтов с урожайностью сельскохозяйственных культур
Введение к работе
Актуальность темы. Энергетическим показателем, позволяющим комплексно оценивать почвенные и растительные ресурсы агроландшафта, является величина его экологической емкости ( Володин, Ерёмина 1989 ). Знание экологической емкости и особенностей функционирования агроландшафта актуально для оценки их состояния, оптимизации структуры угодий, разработки систем земледелия на ландшафтной основе.
В век научно-технического прогресса в России и других индустриально развитых странах систематический отвод сельскохозяйственных земель для промышленного градостроительства, нефте- и газопроводов, строительство дорог и т.п. уменьшает площади под сельскохозяйственными угодьями, в том числе и под пашней. Все это ведёт к нарушению экологического равновесия в агроландшафтах, поэтому рациональное использование почв становится актуальнейшей проблемой современности.
Почва является одним из основных ресурсов сельскохозяйственного производства. Уровень плодородия почвы определяет качество жизни населения. Наибольшим естественным плодородием обладают чернозёмы, которые в Центральном Черноземье занимают 70,0 % территории (Щербаков, 1998). Они приурочены к водораздельным пространствам и склонам различной ориентации. На склонах размещается до 52,6 % пашни в зоне и 72,6 % в Курской области (Акулов и др., 1998). На этих землях с различной экспозиционной ориентацией неодинакова напряженность факторов почвообразования, условий роста и развития растений, а также напряженности эрозионных процессов. Поэтому при типизации земель склоны выделяют в самостоятельную группу по использованию (Карманов, Булгаков, 1997). Основным критерием при этом выступает морфологическая и агроклиматическая их характеристика, и практически не учитывается энергопотенциал и энергосодержание почвы, а так же экологическая ёмкость агроландшафта, в пределах которого расположены склоны. Вместе с тем переход земледелия на ландшафтные принципы конструирования агроландшафтов и дифференцированного их использования базируется на учете своеобразия функционирования агроландшафтов (Володин, 1989; Володин, Здоровцов, 1999). А для этого необходимы более полные сведения о почвенных процессах и антропогенной нагрузке.
Для условий Курской области, входящей в Центрально-Черноземную зону, практически нет данных, по которым можно было бы проводить организацию адаптивно-ландшафтного земледелия с учетом новых энергетических подходов, связанных с экологической емкостью территории агроландшафтов (Володин, 1996). Отсюда и вытекает необходимость проведения таких исследований.
Цель и задачи исследований: Целью наших исследований являлось изучение влияния экологической емкости на воспроизводство органического вещества черноземов типичных и выщелоченных и продуктивность агроландшафтов.
Для достижения поставленной цели необходимо было решить следующие задачи: определить экологическую емкость агроландшафтов счерноземными почвами лесостепи, различающихся по видам и степени насыщенности их растительными ценозами; выявить связь экологической емкости агроландшафта с урожайностью сельскохозяйственных культур; выявить направленность воспроизводства плодородия почв в агроландшафтах; - определить энергетическую эффективность возделывания сельскохозяйственных культур и производства органического вещества в различных агроландшафтах.
Объектами исследований являлись: лесные, травянистые, полевые ценозы и почва под ними, а предметом исследований - экологическая ёмкость агроландшафтов.
Защищаемые положения:
1. Экологическая емкость агроландшафтов определяется соотношением и наличием в них лесных, травянистых, полевых ценозов, подтипами и разновидностями почвы и местоположением в рельефе.
Особенности функционирования различных агроландшафтов с черноземными почвами.
Энергетическая эффективность возделываемых сельскохозяйственных культур в различных агроландшафтах.
Научная новизна исследований. В результате исследований впервые экспериментально изучена экологическая емкость агроландшафтов, различающихся по степени насыщенности их растительными ценозами. Показана зависимость её от подтипов черноземов, структуры сельскохозяйственных угодий и их местоположения в рельефе. Выявлена связь между экологической емкостью агроландшафта, продуктивностью сельскохозяйственных культур, воспроизводством плодородия почвы, а также энергетической эффективностью производства продукции растениеводства и органического вещества.
Практическое значение: Полученные результаты исследований позволяют более полно оценить роль типов растительности (сельскохозяйственных угодий) в функционировании агроландшафтов с черноземными почвами. Они могут быть использованы для комплексной оценки почвенных и растительных ресурсов, при разработке систем земледелия на ландшафтной основе в условиях расчлененного рельефа.
Апробация работы: Основные положения диссертационной работы рассматривались и получили положительную оценку на Второй региональной научной конференции, посвященной памяти профессора Ф.Н. Милькова (Воронеж, 2001), научно-практической конференции «Агроэкологические проблемы современности» (Курск, 2001), 1-й Международной научной конференции «Деградация почвенного покрова и проблемы агроландшафтного земледелия» (Ставрополь, 2001), научно-практической конференции «Воспроизводство плодородия почв и их охрана в ландшафтном земледелии» Курского отделения Докучаевского общества почвоведов (Курск, 2001), научно-практической конференции «Проблемы повышения плодородия почв и продуктивности сельскохозяйственных культур в адаптивно-ландшафтном земледелии» Курского отделения Докучаевского общества почвоведов (Курск, 2003).
Автор чтит светлую память научного руководителя В.М. Володина, искренне благодарит И.П. Здоровцова, Т.Я. Зарудную, Г.В. Дощечкину за возможность проведения исследований на опыте лаборатории КМЗ и за атмосферу творческого общения.
Методические подходы к изучению экологической емкости
На протяжении всей истории человечества земледелие осуществлялось в ландшафте. На ранних этапах развития человека влияние его на ландшафт было столь незначительным, что оно не вносило коренных изменений в процессы энерго - и массообмена, протекающие в нем.
С увеличением количества видов и способов воздействия на почву, растения и окружающую среду компенсационная способность ландшафта снижалась и, на определенном этапе развития, он трансформировался в агроландшафт с другими режимами и свойствами (Володин, 1999).
Стремление человека получить максимум отдачи, прежде всего от пашни привело к деформации структуры угодий - резко снизилась доля природных экосистем с лесными и травянистыми ценозами, нарушились гидрологические и гидрохимические режимы, произошло загрязнение почвы и продукции. Поэтому существующие в настоящее время нагрузки на агроландшафт могут привести к отрицательным в экологическом отношении результатам (Методика..., 2000). Проблема научного обоснования устойчивой эффективной структуры сельскохозяйственного производства является комплексной. Она связана с учетом целого ряда важнейших принципов и разработкой применительно к конкретным производственным условиям многих вопросов, значительная часть которых еще не нашла достаточно четкого освещения в литературе. Среди них следует особо выделить проблему адаптации (встраивания, приспособления) структуры аграрного производства к его конкретным природным и экономическим условиям (Свиридов, 1997).
В ландшафтах процессы связывания и режимы трансформации энергии оптимизированы самой природой, и они функционируют в наиболее благоприятном экологическом режиме. Поэтому для характеристики ландшафта необходимо определить ведущие показатели с тем, чтобы соответственно воздействовать на вещественно-энергетические потоки в агроэкосистемах и элементах агроландшафта (Методика..., 2000).
Внедрение индустриальных методов работы на земле привело к резкому снижению плодородия почв, увеличению потребления энерго - и трудоресурсов, снижению энергетической эффективности в АПК. Для решения этих серьезных проблем экономического и экологического характера возникает необходимость разработки сельскохозяйственных систем, основанных на разумных вложениях антропогенной энергии (невозобновляемых источников) и надлежащем использовании природных ресурсов, которые можно рассчитать, используя экологическую емкость (Методика..., 2000). Изучение экологической емкости должно строиться с использованием определенных научных методов: географического, аналитического и метода моделирования. Географический метод Географический метод - это один из важнейших методов эмпирического познания, включающий в себя наблюдение и описание. Наблюдение -целенаправленное восприятие явлений объективной действительности, в ходе которого мы изучаем знание о внешних сторонах, свойствах и отношениях изучаемых объектов. Процесс наблюдения не пассивное созерцание, а деятельность включающая самого наблюдателя, объект наблюдения и средства наблюдения. К последним относятся приборы и материальный носитель, с помощью которого передается информация от объекта к наблюдателю. Важнейшей особенностью наблюдения является его целенаправленный характер (Фролов и др., 1990).
Наблюдение всегда связано с описанием, которое закрепляет и передает результат наблюдения с помощью определенных знаковых средств. Описание -это фиксация средствами естественного или искусственного языка сведений об объектах, данных в наблюдении. С помощью описания чувственная информация переводится на язык понятий, знаков, схем, рисунков, графиков и цифр, принимая тем самым форму, удобную для дальнейшей рациональной обработки (систематизации, классификации и обобщения). При изучении экологической емкости географический метод применялся нами при построении схем, рисунков, графиков. Аналитический метод Аналитический метод - камеральный метод исследования, заключающийся в расчленении целого на части. Анализ позволяет глубоко изучить явление, познать связи и зависимости его развития. Этим методом исследования пользуются все отрасли науки. Объективность анализа обеспечивает правильность отбора материала, всесторонним и беспристрастным его изучением. При этом анализ должен быть целеустремленным, острым и мобилизовать на активную деятельность по внедрению всего передового (Фролов и др., 1990). Примером аналитического метода является расчет экологической емкости водосбора, занятого разными типами растительности: лесными, травянистыми и полевыми ценозами на водосборах опыта контурно-мелиоративного земледелия. Метод моделирования Моделирование - форма научного исследования, специфическое средство отображения человеком изучаемых объектов с помощью аналогов, «заменителей» (моделей) - это одновременно и обобщение опыта научного творчества. Метод и приемы моделирования, воплощая в себе творческую природу человеческого сознания, плодотворно применяются в научном объяснении новых фактов; в теоретическом освещении будущего, в решении все более сложных задач, стоящих перед наукой (Штофф, 1974).
Модель всегда должна соответствовать объекту - оригиналу - в тех свойствах, которые подлежат изучению, но в тоже время отличаться от него по ряду других признаков, что делает модель удобной для исследования интересующего нас объекта. Моделирование позволяет раскрыть такие стороны объектов, которые либо невозможно постигнуть путем непосредственного изучения, либо невыгодно изучать их, таким образом, из чисто экономических соображений (Фролов и др., 1990). Опыт по контурно-мелиоративному земледелию Всероссийского научно-исследовательского института земледелия и защиты почв от эрозии - это изучение изменения экологической емкости агроландшафта методом моделирования, поэтому необходимо остановиться на понятии агроландшафт и классификации агроландшафтов. Найти грань между природными и антропогенными ландшафтами сегодня очень сложно. В настоящее время на земной поверхности нет девственных ландшафтов, а есть современные ландшафты с теми или иными следами воздействия человека. И согласно мнению одного из известных ученых ландшафтоведов - Ф.Н.Милькова (1978) - антропогенным ландшафтом следует считать как заново созданные человеком ландшафты, так и все те природные комплексы, в которых коренному изменению (перестройке) под влиянием человека подвергся любой из компонентов, в том числе и растительность с животным миром. Агроландшафт, являясь частью географической оболочки, обладает и ее важнейшими свойствами.
Согласно В.М.Володину (2000), агроландшафт - это природно-антропогенная ресурсовоспроизводящая и средообразующая гео (эко) система, которая представляет собой совокупность экосистем и агроэкосистем на геоморфологической конструкции природного агроландшафта, и, кроме того, это определенная целостность, в пределах которой отдельные природные компоненты и средства воздействия человека на них находятся в существенной системной связи друг с другом.
Влияние типов растительности на экологическую ёмкость агроландшафтов
Лесные ценозы являются наиболее контрастным элементом агроландшафта, так как занимая незначительные, по сравнению с другими ценозами, площади, они сосредотачивают в себе большие запасы энергии. Это способствует нейтрализации всех дестабилизирующих природных факторов в земледелии, и проявлению всех эрозионных процессов.
Лесные мелиоративные полосы наиболее широко представлены среди лесных ценозов агроландшафта. Лесные ценозы могут быть представлены и дубравами (табл. 2), запас энергии подземной фитомассы которых составляет от 884,13 ГДж/га до 2408,87 ГДж/га, а в надземной от 1891,49 ГДж/га до 4873,54 ГДж/га в зависимости от возраста. Так же значительно варьируется запас энергии как надземной, так и подземной фитомассы в лесополосах. В энергетических показателях это соотношение для тополёвой лесополосы составляет для надземной фитомассы, включающей древесину, подстилку и опад, 3996,54 ГДж/га, а подземная масса в слое 0-100 см - 2017,02 ГДж/га. Это больше, чем запас энергии в травянистом и полевом ценозе. Из выше изложенного можно сделать вывод, что лесные ценозы агроландшафта существенно влияют на общую экологическую ёмкость территории. Лесные полосы не только прямо - энергией органического вещества фитомассы, но и косвенно, через обеспечение максимальной аккумуляции снега и равномерное снегораспределение на полях, обеспечивают сокращение водной эрозии, приводящей к потере органического вещества почвы и увеличивают экологическую ёмкость. К тому же гумус обладает большим энергопотенциалом (23,045ГДж/га) по сравнению с древесиной (15,56-17,22 ГДж/га).
Лес, как наиболее мощная растительная группировка значительно сильнее, чем другие растительные сообщества, воздействует на почву прежде всего корневыми системами, расчленяя её на множество структурных отдельностей, образуя своеобразную ему корневую архитектонику (Погребняк, 1963).
Изучая почвообразовательные процессы в лесу, большинство исследователей обращали внимание на лесную подстилку. Классик русского лесоводства Г.Ф. Морозов (1949), отмечал, что лесоводы рассматривают подстилку, прежде всего, как мёртвый покров, благоприятно влияющий на физические свойства почвы, затем как источник гумуса, цементирующего почвенную структуру и, наконец, как источник минеральных питательных веществ.
Лесная подстилка и продукты её разложения обладают высокой влагоёмкостью (Китредж, 1951; Гаршинёв, 1968). Н.Ф. Сазыкин (1940) отмечал, что влагоёмкость подстилки достигает 15-20 мм водного столба. По С.В.Зонну (1954), абсолютная влагоёмкость подстилки колеблется от 13 до 60 мм. По Дж. Китреджу (1951), максимальное задержание осадков лесной подстилкой может превышать 25 мм, а в среднем сухая лесная подстилка задерживает около 5 мм осадков, причем хвоя задерживает влагу меньше, чем листья. Свежий опад задерживает в 2-3 раза меньше, чем лиственный перегной. Относительная влагоёмкость подстилки очень велика, она может превышать 500 %.
В процессе разложения подстилки образуется свежий гумус, который способствует лучшей оструктуриваемости почв и повышению водопрочности агрегатов (Зонн, 1954; Гаршинёв, 1968; Адерихин,1979).
Благодаря наличию подстилки почвы в большей степени обогащены червями, членистоногими и различного рода личинками, которые увеличивают некапиллярную порозность, улучшают структуру и, в конечном итоге, способствуют увеличению водопроницаемости почвы (Петров, 1975).
Структура почвы улучшается и на межполосных полях (Кретинин, Леонов, 1978). Улучшение структуры почвы В.М. Кретинин и В.В. Леонов наблюдали на расстоянии 5-Ю Н от лесной полосы.
Большинство исследователей пришли к заключению, что водно-физические свойства почв под лесом, созданным на старопахотных почвах, восстанавливаются обычно на протяжении первых 30 лет произрастания. На смытых почвах это происходит заметно позже. Под быстрорастущими породами они восстанавливаются быстрее, чем под медленно растущими (Зыков, 1983). Все перечисленные выше изменения водно-физических и физических свойств почв под лесными насаждениями положительно сказываются на их водопроницаемости. О положительной гидрологической роли полосных и массивных лесных насаждений свидетельствуют массовые материалы отечественных и зарубежных исследователей, обобщенные в работах Г.Ф. Басова (1963), И.П. Сухарева (1966), Г.П. Сурмача (1961, 1967, 1971, 1976), А.А. Молчанова (1968, 1974), Г.А. Харитонова (1963). На основании исследований в Моховском лесничестве Г.А. Харитонов (1963) установил, что коэффициент стока в поле колеблется в пределах 0,23-0,87, а в лесу - 0,002-0,014 (сток почти отсутствует). Для надежной защиты почв от эрозии Харитонов рекомендует в зависимости от холмистости рельефа сеть водорегулирующих насаждений создавать с таким расчётом, чтобы лесистость пашни не превышала 3-9 %. Г.П.Сурмач (1961, 1967, 1976), отмечая высокую водорегулирующую эффективность лесных полос, указывает, что в период снеготаяния водопоглощение в них на серых лесных почвах достигает 425 мм, на чернозёмах - 500 мм, причем в молодом возрасте (3-11 лет) она снижается до 194 мм. На величину водопоглощения в сильной степени влияет степень эродированности почв - на сильно смытой почве водопроницаемость под лесом может быть ниже, чем на пашне несмытой почвы. При стоке 10 %-ной обеспеченности, составляющим для Курской области 70-90 мм, такое водопоглощение в лесных полосах явно недостаточно, поэтому Г.П.Сурмач (1971) предложил усиливать лесные полосы простейшими гидротехническими сооружениями в виде обваловывания по нижней опушке или канавой в нижнем междурядье с валом по нижней опушке. Это позволяет увеличивать водопоглощающую способность лесных полос до 700-2000 мм.
Продуктивность травянистых ценозов и запасы в них энергии
Наибольшие величины основной продукции, наземных растительных остатков и корней, отмечены на южном водотоке водосбора с лесными полосами и валами террасами, и составили соответственно, 29,6 ц/га, 8,4 ц/га, и 36,8 ц/га (табл.10). Наименьшие показатели наблюдались на склоне южной экспозиции в балке контрольного водосбора и составила 8,0 ц/га для основной продукции, 3,1 ц/га - для растительных остатков, 12,0 ц/га -для корней.
Используя энергосодержание различных частей растений и их вес определили запасы энергии в травянистом ценозе (табл. 10). Энергосодержание в травянистой растительности составляет: для основной продукции и растительных остатков - 17,2 МДж/кг, а для корней - 17,6 МДж/кг. Анализируя полученные данные, видим, что наибольшие запасы энергии в фитомассе отмечены в созданном в процессе закладки опыта южном водотоке 4-го водосбора Еф=130,2 ГДж/га. Вероятно это связано с тем, что весной водоток на склоне южной экспозиции получает больше тепла, почва хорошо увлажнена, то есть создаются благоприятные условия для роста растений. Наименьшие запасы энергии в травах (40,1 ГДж/га) наблюдается на склоне южной экспозиции балки 3-го водосбора с естественным травостоем, так как уклон склона больший по сравнению с водотоком (до 20 и более) приводит к недостатку влаги из за быстрого таяния снега (табл.10).
Днище балок водосборов также различают по запасам энергии в фитомассе. Большее количество энергии сосредоточено в растительной биомассе на дне балки 4-го водосбора - 71,3 ГДж/га. Энергия биомассы 3-го (контроль) водосбора ниже на 14,8 ГДж/га что, по - видимому, может быть связано с различным количеством проходимой воды, которая вымывает подвижные питательные вещества и выносит их в ручьи и реки.
В целом же склон балки северной экспозиции 3-го водосбора по количеству энергии фитомассы превышает склон балки южной экспозиции на 7,3 ГДж/га. А на 4-м водосборе, наоборот, склон южной экспозиции по количеству энергии фитомассы превышает склон северной экспозиции на 10,9 ГДж/га.
Общеизвестно, что склоны различной экспозиции отличаются по гидротермическим условиям, в частности по величине солнечной радиации, температурному режиму, влажности и т.п., а в связи с этим имеют почвенный профиль разной мощности, различающийся и по режиму увлажнения, и по условиям питания произрастающих здесь растений.
Визуально это выражается в характере травостоя, флористическом составе, что в целом и определяет продуктивность травостоев на склоновых землях. Даже на склоне одной экспозиции в понижениях и на выпуклостях запасы энергии в фитомассе неодинакова и это вполне объяснимо с точки зрения распределения растительности, зависящей от влажности почвы. Различия в энергии фитомассы травостоев понижений являются следствием того, что по этим образованиям происходит сброс избыточного стока на дно гидрографической сети, а в связи с этим и перемещение почвенных частиц по днищу и их кольматаж.
Возделываемые культуры (в 1999 году озимая пшеница, 2000 - ячмень и кукуруза, 2001 - гречиха) неоднозначно реагировали на местоположение в рельефе. Наибольшая урожайность основной продукции и запасы энергии в фитомассе при всех контрольных скашиваниях отмечены на водосборе с лесными полосами , за исключением озимой пшеницы на южной экспозиции . (табл. И). Так на склоне северной экспозиции это увеличение по сравнению с соответствующей частью контроля для озимой пшеницы составило 0,8 ц/га или 7,0 ГДж/га, для ячменя - 4,0 ц/га и 43,3 ГДж/га и для гречихи - 8,8 ц/га и 50,0 ГДж/га. На склоне южной экспозиции рост урожайности на участке с лесными полосами был более значительным: для гречихи - 9,7 ц/га и 54,0 ГДж/га и практически таким же для ячменя - 3,1 ц/га и 43,6 ГДж/га. Растения же озимой пшеницы на склоне южной экспозиции были менее развитыми в зоне действия лесных полос и урожайность ее была ниже чем на контроле на 1,2 ц/га или 4,8 ГДж/га, что связано с сокращением поступления фотосинтетической активной радиации из - за лесных полос, расположенных выше и ниже учетных площадок водосбора. На западной экспозиции рост энергии фитомассы для озимой пшеницы составил 26,0 ГДж/га и урожайности зерна 4,4 ц/га, для ячменя - 39,5 ГДж/га и 9,7 ц/га, для гречихи 47,0 и 8,5 соответственно.
Наибольшими величинами энергии фитомассы и урожайности зерна характеризуются посевы на склоне южной экспозиции обоих водосборов, потому что склон южной экспозиции получает большее количество солнечной энергии, и выпавшие осадки полнее используются растениями.
Наименьшая урожайность и производство энергии фитомассы отмечено на склонах северной и западной экспозиций, так как склоны северной и западной экспозиций получают меньшее количество тепла и света, а это приводит к снижению интенсивности процесса фотосинтеза.
Связь экологической емкости агроландшафтов с урожайностью сельскохозяйственных культур
Организация земледелия на экологических принципах требует пересмотра наших представлений о достижении максимальной продуктивности агро-экосистем. С экологических позиций целесообразно ставить задачу получения экологически оптимальной продуктивности для конкретных условий. Это обусловлено особенностями развития природных экосистем и агроэкосистем.
Уровень продуктивности агроэкосистемы определяется биоклиматическим потенциалом, структурой почвенного покрова, составом и свойствами почв, социально-экономическими факторами. Сочетание этих составляющих реализуются в различной мере в зависимости от экологической ёмкости территории.
Критерием оптимальности агроэкосистемы может быть уровень её производительности на единицу совокупного энергетического ресурса, участвующего в процессе. По степени отклонения показателя производительности на единицу ресурса от оптимальных значений для конкретных условий можно судить о степени совершенства агроэкосистемы и, как следствие, системы земледелия (Володин, 2000).
Для общества небезразлично, какой ценой оно получает тот или иной результат воздействия на природную среду, и, в частности на агроэкосистему, а также к каким последствиям приведут эти воздействия. Требуется экологическая оценка их целесообразности, и, прежде всего вариантов систем земледелия.
При значительном многообразии форм затрат и специфическом конкретном продукте в виде урожая той или иной культуры наиболее предпочтительны оценки, отражающие механизм энерго- и массообмена в агроэкосистеме.
Энергетический подход, получивший широкое применение в последнее время, включает анализ потоков энергии в сельскохозяйственном производстве и предполагает оценку эффективности процесса по соотношению затрат энергии на входе и полученной энергии на выходе.
Компенсация отчуждаемой энергии зачастую производится без анализа всей структуры потоков энергии и вещества в агроэкосистеме; это приводит к непроизводительным затратам энергии, нарушению почвенных режимов и ухудшению экологической ситуации.
Так в США за период с 1957 года по 1980 год увеличение урожайности основных сельскохозяйственных культур в 2-3 раза сопровождалось ростом затрат невосполнимой энергии в 10-30 раз. (Володин, 2000) В настоящее время в индустриально-развитых странах на производство одной пищевой калории с учётом затрат на хранение, транспортировку и реализацию затрачивается 10-15 кал невосполнимой энергии.
По данным М. Адамовича (1985), КПД биоэнергетической эффективности производства продукции земледелия за период с 1960 по 1977гг. в ГДР снизился с 4,78 до 2,60 %, в ЧССР - с 5,74 до 2,50 %, в Венгрии - с 6,10 до 2,50 %.
По прогнозу в ближайшем будущем суммарные энергозатраты в сельском хозяйстве нашей страны возрастут в 1,3-1,5 раза, а в дальнейшем в 1,7-1,8 раза. (Михальчук, 1983). Поэтому, как отмечал А.Н. Каштанов (1989), следующим этапом развития сельского хозяйства в целом должно стать формирование устойчивых и высокопродуктивных агроэкосистем, объединяющих взаимосвязанные антропогенные и природные факторы. Примером такой агроэкосистемы и можно считать опыт по контурно-мелиоративному земледелию Увеличение экологической ёмкости на 9 % на 4-м водосборе за счет лесных полос оказало влияние на урожайность возделываемых культур -ячменя и кукурузы (табл.19), а так же озимой пшеницы и гречихи.
Увеличение основной продукции ячменя, составило на северной экспозиции 4-го водосбора, где экологическая емкость выше на 876 ГДж/га по сравнению с контролем, в средней части склона 7,0 ц/га, в нижней части - 8,5 ц/га, а энергия фитомассы возросла на 24,9 и 30,6 ГДж/га соответственно. На южной экспозиции прирост основной продукции и энергии фитомассы в средней части склона составил 7,8 ц/га и 28,4 ГДж/га, а в нижней части 2,4 ц/га и 8,2 ГДж/га. Из вышеизложенного видно, что на северной экспозиции вниз по склону наблюдается рост показателей урожайности и энергии фитомассы на 1,5 ц/га и 5,7 ГДж/га. А на южной экспозиции вниз по склону, наоборот, наблюдается сокращение этих же показателей - на 5,4 ц/га и 20,2 ГДж/га соответственно. На склоне западной экспозиции, где отбор образцов ячменя производился в средней его части, прирост составил 6,1 ц/га для основной продукции и 21,5 ГДж/га энергии фитомассы растений.
Закономерности по влиянию экологической емкости и местоположения в рельефе на урожайность озимой пшеницы и гречихи практически такие же, как по ячменю за исключением южной экспозиции на посевах озимой пшеницы, где наблюдается не рост, а сокращение урожайности зерна по сравнению с контролем на 0,9 ц/га, что обусловлено снижением влажности почвы в зоне действия лесных полос в засушливом 1999 году.
Следует отметить, что возделывание кукурузы на водораздельном плато, где расположены часть и 3-го (контрольного), и 4-го (испытуемого) водосборов, привело к несколько иным результатам нежели по ячменю. Урожайность её на 3-м водосборе с меньшей экологической ёмкостью была выше, чем на 4-м, экологическая ёмкость которого была выше за счёт лесных полос. Прирост урожайности на контрольном водосборе (плакорной части) составил 31 ц/га, а энергии фитомассы - 18,4 ГДж/га. По нашему мнению, это связано со снижением поступления энергии фотосинтетической активной радиации (ФАР) из-за высоты лесных полос - до 20 м ( Кондратьев и др. 1978). Кукуруза же требует для своего роста и развития, по сравнению с ячменём, большего количества света и тепла (Рубин, 1971). Поэтому необходимо при подборе сельскохозяйственных культур для возделывания на преобразованных водосборах учитывать и рельеф местности, элементы мелиорации, и биологию сельскохозяйственных культур.
