Содержание к диссертации
Введение
Глава I. Теоретико-методологические основы тенденций воздействия человека на окружающую среду 8
1.1. Современное состояние проблемы 8
1.2. Основные экологические проблемы сельского района 23
1.3. Пестициды и их влияние на сельскохозяйственное производство и здоровье человека 28
1.4. Экологическая роль лесов в лесостепных зонах 35
Глава И. Современная концепция устойчивого развития агроэкосистем 40
2.1. Понятие концепции устойчивого развития 40
2.2. Особенности современного состояния системы АПК 43
Глава III. Материал и методы исследования 57
3.1. Характеристика района исследований 57
3.1.1. Климат 58
3.1.2. Рельеф 59
3.1.3. Почвы и почвообразующие породы 60
3.1.4. Растительность 64
3.2. Сравнительная характеристика основных направлений и методов исследования 67
3.2.1. Направления полевых исследований 67
3.2.2. Основные методы исследований и тест-объекты 68
Глава IV. Взаимоотношение компонентов почвы и растениеводческой продукции 73
4.1. Особенности современного состояния почв 73
4.2. Характеристика почв на опытных участках 79
4.3. Миграция тяжелых металлов в системе "почва — растение" 92
4.3.1. Характеристика элементов 89
4.4. Поведение тяжелых металлов* в системе " почва - растение" 100
4.5. Пространственная неоднородность содержания тяжелых металлов в системе "почва — растение" сельскохозяйственных объектов 107
4.5.1. Частота встречаемости элементов в почвенном и растительном материале 107
4.6. Пространственная неоднородность содержания тяжелых металлов в системе " почва — растение " на лесозащитных объектах 113
Выводы 116
Библиографический список 118
- Основные экологические проблемы сельского района
- Особенности современного состояния системы АПК
- Сравнительная характеристика основных направлений и методов исследования
Введение к работе
Актуальность проблемы. В настоящее время состояние окружающей среды в России находится в состоянии кризиса, масштабы которого достигли критической величины. Экологический кризис усугубляется падением социально-экономических показателей (промышленность, сельскохозяйственное производство, внутренний валовый продукт). Наблюдается сильное загрязнение окружающей среды вредными агентами. Антропогенные факторы в биохимическом круговороте токсичных для человека веществ стали сопоставимы с природными, а порой и превосходят их. В природной среде появились искусственные вещества — ксенобиотики, не имеющие аналогов в живой природе, поэтому особенно опасные для всего живого. Загрязнение ксенобиотиками влечет за собой изменение среды обитания живых существ, разрушение сложившихся биоценозов, в том числе агроценозов. Циркуляция в природной среде чужеродных, токсичных живым организмам соединений и перенос их по пищевым цепям возрастает до уровня, угрожающего здоровью настоящего и будущего поколений.
В последние годы осознана крайняя необходимость в глобальном и региональном устойчивом развитии, поскольку одновременное проявление ряда негативных явлений в течение последних 20-30 лет привело к возникновению многих серьезнейших проблем как в области экономики, так и в экологии.
С наибольшей остротой негативные проблемы отмечаются в странах и регионах, где усиливающаяся деградация окружающей среды происходит на фоне возрастающих экономических трудностей. Именно такая ситуация наблюдается в настоящее время на территории России и ряда других стран.
Негативные воздействия антропогенного фактора и естественных процессов на природную среду приводят к нарушению всех звеньев экологической цепи в системе "почва — растение — животное — человек", что способствует снижению плодородия почв, качества продукции, продуктивности экосистем (Черников, 2000).
СИегервург v \
Негативные результаты деятельности многих промышленных и сельскохозяйственных предприятий, экологические катастрофы и чрезвычайные ситуации вызывают небывалые загрязнения биосферы. Общий ежегодный ущерб от них является непосильным бременем для государственного бюджета (Джувеликян, 1999).
Существует много исследований, посвященных вопросам охраны окружающей среды в различных регионах (Козлов и др., 1996,).
В то же время состоянию окружающей среды в сельских районах до настоящего времени не уделяется должного внимания. Экологические проблемы необычайно трудны тем, что они многозвенные, охватывают целую систему отношений живых организмов и неживой природы. Только выделив основные взаимосвязи, можно подходить к решению проблемы в целом. Многие отходы деятельности людей не могут утилизироваться естественным путем и, накапливаясь в окружающей среде, отрицательно влияют на трофическую цепь: почва — растение — человек. Техногенный пресс неизменно усиливается в городской среде и нарастает его влияние на сельские районы. В Воронежской области наблюдается устойчивая тенденция к ухудшению здоровья населения и демографической ситуации.
Единственно приемлемый путь выхода из сложившейся ситуации — установление рациональных взаимоотношений с окружающей природой.
Цель и задачи исследования. Целью работы является проведение исследования современного состояния агролесоландшафтов Верхне-Хавского, Панинского, Каменского районов Воронежской области и города Воронежа. Для достижения цели были поставлены следующие задачи:
определить тенденции и концептуальные подходы во взаимоотношении общества и окружающей среды в аграрном секторе;
оценить природно-ресурсный и антропогенный потенциал ВерхнеХавского, Панинского, Каменского районов;
провести анализ химического загрязнения опытных участков;
выявить миграцию и неоднородность поведения тяжелых металлов в системе "почва-растение";
разработать рекомендации по организации ведения мониторинга и оптимизации качества окружающей среды в агролесоландшафтах.
Научная новизна. В работе в сравнительном аспекте получены данные об антропогенной нагрузке на агролесоландшафты на примере ряда районов Воронежской области. Данные полученные.» сельских районах области, сравнены с состоянием среды в районах г. Воронежа с наиболее развитой промышленностью — Левобережном и Железнодорожном. Разработаны новые концептуальные подходы к проведению биогеохимического мониторинга агролесоландшафтов. Определены основные химические элементы, в том числе и тяжелые металлы, содержащиеся в различных агролесоландшафтах и в городе. На основе системного анализа информации и фактического материала автором определены основные пути миграции и поведения тяжелых металлов в системе "почва-растение".
Практическая значимость. Практическое значение работы заключается в возможности использования алгоритма оценки экологического состояния агролесоландшафтов в различных регионах России. Разработанные рекомендации по проведению биогеохимического мониторинга могут быть использованы различными экологическими и агрохимическими службами в практической деятельности. Результаты работы используются в ВГЛТА при чтении курсов лекций: "Экология и охрана природы", "Агролесомелиорация".
Апробация работы. Основные положения диссертации доложены: на Международной научно-практической конференции молодых ученых, посвященной направлению стабилизации развития и выхода из кризиса АПК в современных условиях (Воронеж, ВГАУ, 1999г.), IV региональной научно- технической конференции, посвященной вопросам региональной экологии (Тамбов, 2000г.), на 40-й научной конференции молодых ученых, посвященной 50-летию Пензенской
6 государственной сельскохозяйственной академии и 200-летию Пензенской губернии (Пенза, 2001г.).
Публикации . По материалам диссертации опубликовано 6 работ.
Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, 4 глав, выводов, библиографического списка, включающего 107 наименований, из них 13 иностранные. Основной текст изложен на 127 страницах машинописного текста, иллюстрирован 28 таблицами и 3 рисунками.
Основные экологические проблемы сельского района
Большинство современных экологических исследований связано с экологией города. Это вполне объяснимо. Рост населения и развивающаяся стремительными темпами промышленность настолько сильно влияют на качество воды, воздуха, почв, что состояние городской среды все время деградирует и создает опасность не только отдельным элементам экосистемы, но и человеку.
В пределах города выявляются следующие наиболее важные экологические проблемы, связанные с развитием экономики:
1. Загрязнение воды, особенно органическими отходами, а также солями тяжелых металлов.
2. Загрязнение воздуха, вызванное прежде всего автомобильным транспортом, а также сжиганием низкокачественного топлива при производстве тепловой и электрической энергии, вторичным запылением.
3. Накопление твердых отходов, образующихся как в сфере производства при добыче и переработке сырья, так и в сфере потребления (преимущественно бытовые отходы).
4. Шум и вибрации, вызванные транспортом, строительством, отчасти промышленностью. Так, уличный шум в одном из районов Воронежа с наиболее развитой транспортной сетью и промышленностью (Левобережном) достигает 75 дБ - в районе улиц Димитрова, Ленинский проспект, Новосибирская. Считается, что допустимый уровень шума не должен превышать 60 дБ днем и 40 дБ ночью.
5. Нарушения жилой среды промышленностью, строительством и транспортом, связанные с загрязнением ее природных составляющих. Особое место в этой проблематике занимают искусственные составляющие среды: достаточное количество квартир и соответствующее санитарно-техническое оборудование.
6. Нарушение природной (рекреационной) среды связано с нарушением или уничтожением ландшафта в результате некоординированного строительства рекреационных объектов и стихийного развития туризма. При оценке этих проблем необходимо иметь в виду, что в данном случае специфическая функция среды может потребовать иного подхода к критериям оценки меры влияния самых разных объектов на пригодность среды. Важное место в системе взаимоотношений "человек — природа" отводится экологическим проблемам сельских районов (Розов, Бумаков, Вадовская, 1984, Тишлер, 1971, Фолкнер, 1959, Жердев, 1993, Жердев, Русинов, 1999).
В то же время к основным экологическим проблемам сельских районов можно отнести следующие:
1. Истощение, эрозия почв, уменьшение запасов гумуса.
2. Загрязнение различных сред — воздуха, воды, почвы — химическими поллютантами промышленного происхождения (пестициды, выбросы от промышленных и сельскохозяйственных предприятий ).
3. Радиоактивное загрязнение среды. Оно связано прежде всего с аварией на Чернобыльской АЭС (Лосев, 1993). Для Воронежской области отношение загрязненной площади к общей площади составляют 2,5%. Для сравнения в Брянской области — 19,3%, Калужской — 11,7%, Липецкой — 7,0%. Кроме того, на загрязненность радиоактивными элементами влияет расположение АЭС.
4. Загрязненность продуктов питания. Она определяется как интегрированный показатель загрязнения химическими и физическими поллютантами. Во многом этот показатель зависит от интенсивности внесения удобрений и полива.
5. Появление не встречавшихся ранее сорняков и увеличение общей доли сорняков на обрабатываемых площадях.
6. Заболеваемость населения. Можно с уверенностью говорить, что структура заболеваемости населения в сельских районах в значительной мере зависит от экологических факторов.
Так, в последние годы в области отмечается рост заболеваемости, во многом обусловленный состоянием окружающей среды.
Общеизвестны химические факторы, влияющие на здоровье людей, — это, прежде всего, выбросы промышленных предприятий. Что касается физических факторов окружающей среды, то здесь на первом месте стоит влияние радиации, магнитных полей, шума.
Важное значение имеет оценка экологического ущерба от производственно-хозяйственной деятельности, для чего в настоящее время используется "Временная типовая методика определения экономической эффективности природоохранных мероприятий и оценки экономического ущерба, причиняемого народному хозяйству загрязнением окружающей среды"(1986) (Пыльнева, 1997).
Структура экономического ущерба складывается из следующих основных компонентов:
— экономический ущерб здравоохранению (и от последствий заболеваемости);
— экономический ущерб жилищно-коммунальному хозяйству;
— экономический ущерб сельскому и лесному хозяйству; — экономический ущерб промышленности.
Следует особо подчеркнуть, что при решении экономических задач приоритет следует отдавать социальным целям. В планировании развития народного хозяйства необходимо исходить из последовательной (в 2 этапа) оценки решений (Моисеев, 1985): на первом — проверять его на соответствие социальным и экологическим целям, на втором — выбирать из предлагаемых вариантов экономически оптимальный.
Вполне обоснованно разделение экономического и социального ущерба. Экономический ущерб исчисляется в стоимостном выражении и причиняется возобновимым и невозобновимым ресурсам. Социальный ущерб наносится здоровью и условиям благополучия существования людей.
Количественную (стоимостную) оценку природоохранным мероприятиям можно дать лишь на основе первичных экологических эффектов. Смысл последних заключается в снижении отрицательных воздействий на среду, в улучшении ее состояния и проявляется в снижении загрязнения. Первичный эффект следует выражать в виде приращения продукции, выпущенной с соблюдением природоохранных норм. Концептуальной основой определения экономической эффективности подобных мероприятий должна стать экологическая чистота выпускаемой продукции.
При обосновании результативности природоохранных мероприятий необходимо иметь не только четко определенную концептуальную базу, но и правильно построенную методическую систему расчета.
Особенности современного состояния системы АПК
Концепция устойчивого социально-экономического развития любого региона должна ориентироваться на поиск эффективного использования географического положения, природных ресурсов, научного, производственно-технического потенциалов для обеспечения самостоятельности при формировании децентрализованной экономической системы. Особо остро в системе властно — хозяйственных отношений встает вопрос о земле и, в первую очередь, о сельхозугодьях.
Структура землепользования, соотношение сельхозугодий, их площадь, состояние и качество в каждом регионе имеют свои особенности, но и оценка их ресурсного потенциала должна осуществляться не столько с позиций учета земельного фонда, сколько с наиболее острого вопроса о возможности удовлетворения продовольственных потребностей местного населения. Регион должен реально оценивать свои потребности в продуктах питания и сельскохозяйственном сырье, возможность их стабильного производства для собственных нужд и превращения в средство экономической и политической стабилизации региона и страны. Необходимо определить характер межрегионального сотрудничества. Отсюда необходимость сохранения весомого государственного сектора в АПК, централизованное управление в рамках существующего законодательства и инвестиционная политика государственной поддержки производителей сельхозпродукции за счет Федерального заказа и финансирования при региональных гарантиях выполнения (Горшков, 1992).
Преобладание на территории Черноземья плодородных почв делало и будет делать его АПК одним из ведущих в России, а его роль как стабилизирующего фактора социально-экономической обстановки в регионе и стране будет только возрастать. Черноземы, как золотой запас страны, должны быть взяты под государственный контроль и не подлежать растаскиванию по мелким наделам, которые в современных условиях не позволяют обеспечить их сохранность.
Повсеместно главным критерием должно считаться повышение эффективности использования пашни при особой заботе о сохранении, улучшении состояния и воспроизводстве плодородия почв в рамках реализации ряда долголетних государственных программ "Плодородие", "Мониторинг земель" и других за счет госбюджета (Королев, 1995).
Учет экологических параметров земельных ресурсов и их взаимодействия с другими объектами природно-ресурсного потенциала области (региона) должен обеспечить:
— реализацию местных программ оптимизации окружающей среды,
— рациональное землепользование,
— оптимизацию ландшафтов,
— выделение районов производства экологически чистой продукции сельского хозяйства,
— создание законодательной основы для привлечения инвестеров. Успех любой концентрации реален только в случае использования на всех этапах анализа, проработки и в рекомендациях надежной исходной информации о реальном ресурсном потенциале региона, начиная с его земельного фонда.
При разработке концепции устойчивого развития региона первоочередной становится задача анализа достоверности, кондиции исходных материалов и срочная их корректировка, включая специальные изыскательские работы и инвестиции в совершенствование информационные обеспечения, формирование специализированной системы комплексного мониторинга (земельный, агроэкологический, здоровья населения и т. п.) могут предопределить успех и неудачи в реализации любой предлагаемой концепции.
Приоритетной задачей для многих регионов России остается осуществление системного анализа ситуации с сельхозугодьями, особенно с пашней, доведение его результатов до всех слоев населения, что позволит ему осознать угрозу своему благополучию.
В последнее время возникла проблема дальнего (трансграничного) переноса заметного количества загрязняющих природную среду веществ. Это в основном перенос на большие расстояния диоксида серы и продуктов ее превращения, оксидов азота и продуктов их превращений, тяжелых металлов, пестицидов и радиоактивных веществ.
Общий объем воздействия человека на природную среду, осуществляемый в процессе интенсивного сельскохозяйственного производства на больших участках территории уже превышает накопленный тысячелетиями восстановительный потенциал, что обуславливает необратимые изменения природной среды как локального, так и регионального масштаба. Возникает существенная угроза необратимых нарушений природных процессов на глобальном уровне. Наукой в достаточной мере еще не решены эколого-земледельческие вопросы, позволяющие разрабатывать безопасные технологии возделывания как отдельных культур, так и севооборотов в целом.
Разработка технологий возможна на основе накопления научно — экспериментального материала, обеспечивающего системный подход к исследованию основных блок-компонентов агроэкосистемы.
Такой системой регулярных наблюдений состояния окружающей среды в интенсивном земледелии в пространстве и во времени является агроэкологический мониторинг.
Мониторинг земель, представляющий собой систему наблюдений за состоянием земельного фонда для своевременного выявления изменений, их оценок, прогноза, предупреждения и устранения последствий негативных процессов призван выполнять базовую связующую роль для всех видов мониторинга и кадастра природных ресурсов, так как земля — важнейшая часть окружающей природной среды, которая характеризуется устойчивыми во времени признаками: пространством, рельефом, почвенным покровом, растительностью, недрами, водами, климатом и является главным средством производства в сельском и лесном хозяйстве, а также пространственным базисом для жизни и деятельности человека, размещения предприятий и организации всех отраслей народного хозяйства (Научные основы мониторинга земель Российской Федерации, 1974, Комов, 1995).
Сравнительная характеристика основных направлений и методов исследования
. Направления полевых исследований Полевые исследования включали в себя работу на реперных участках. Реперный участок — это поле или отдельно обрабатываемый участок, типичный для данного региона, отражающий почвенный покров, историю землепользования, интенсивность и характер применения различных мелиоративных мероприятий средств химизации и т.д.
На реперном участке проводились следующие работы:
1. Отбор смешанных почвенных проб. Один смешанный почвенный образец на пахотных землях отбирался с 5 га и составлялся из 20 индивидуальных проб. При отборе смешанных образцов использовался метод маршрутных ходов. Маршрутный ход прокладывался по середине каждого элементарного участка вдоль удлиненной стороны. На пахотных землях пробы отбирались на глубину пахотного слоя. Из объединенных проб составлялась одна смешанная проба, которая анализировалась по всем показателям. Масса смешанной пробы должна быть не менее 1 кг.
2. Отбор растительных проб в период уборки для определения количества и качества урожая.
Урожайность определяли методом отбора растительных проб с пробных площадок.
3. Отбор проб снега и анализ снеговой воды. Агрохимическое обследование снежного покрова проводилось с целью определения кислотности снеговой воды и содержания элементов-загрязнителей для прогнозирования возможного подкисления (подщелачивания) и загрязнения почв сельскохозяйственных угодий, оценки состояния окружающей среды. Обследование снежного покрова проводилось ежегодно в конце зимы, перед началом весеннего снеготаяния, когда влагозапас в снеге приближается к максимальному. Пробы снега отбирались в местах закладки контрольных точек (скважин).
4.0тбор проб и анализ грунтовых и дождевых вод. Пробы дождевой воды собирались в первую очередь вблизи техногенных загрязнителей с помощью простейших устройств или использовали воду с ближайших метеостанций.
Лабораторные исследования включали в себя:
— обработку снопового материала зерновых культур (взвешивание снопов с корнями и без них, измерения высоты растений и длины колоса, определение массы колосьев и зерна, массы 1000 зерен и др ), результаты всех измерений и взвешивания заносятся в специальные бланки;
— подготовку проб для анализа в соответствии с ГОСТами (ГОСТ 17.4.4.02-84) (Зырина,1981);
— проведение анализов почв и растений по ГОСТированным методикам:
а) определение рН по методу ЦИНАО (ГОСТ 26483-85);
б) определение содержания гумуса в почвах по методу Тюрина (Аринушкина, 1970);
в) определение гидролитической кислотности почв по методу Каппена в модификации ЦИНАО (ГОСТ 26212-84);
г) определение суммы поглощенных оснований почв по методу Каппена (ГОСТ 27821 -88); д) определение подвижных форм фосфора и калия по методу
Чирикова в модификации ЦИНАО (ГОСТ 26204-84); .
е) определение влажности растительных проб (ГОСТ 27548-87);
и) определение сырой золы в растительных пробах (ГОСТ 26226-84);
к) определение сырого протеина в растительных пробах (ГОСТ 13496-84);
л) определение сырого жира в растительных пробах (ГОСТ13496.15-85);
м) определение кальция в растительных пробах (ГОСТ 26570-85); н) определение контролируемых загрязнителей — тяжелых металлов — в растительных пробах и их подвижных соединений в почвах атомно-абсорбционным методом на спектрофотометре фирмы "Perkin-. Elmer" производства США (Методические указания ..., 1993).
Спецификой этого исследования является то, что в почвах определяются подвижные формы элементов, так как, согласно - — представлениям ряда авторов, физиологическое и агрономическое . значение имеет не валовое содержание микроэлементов, а их подвижные формы в почве, поскольку почва обладает буферностью к токсическому воздействию загрязнителей путем трансформации их в трудно- и малодоступные растениям формы (Переломов, 1996, Обухов, 1980 и др.) о) определение остаточных количеств пестицидов в почве и растительной продукции методом тонкослойной хроматографии (МУ, М, ВО "Агрохимиздат, 1992).
Анализ снега и снеговой воды проводился атомно-абсорбционным методом согласно методике, разработанной ЦИНАО. В дождевой воде tK определяли те же показатели, что и в снеговой (ртуть, кадмий, мышьяк, 3,4 бенз-а-пирен, ДДТ), атомно-абсорбционным методом, разработанным
ЦИНАО. Анализы были выполнены в лабораториях агрохимического центра "Воронежский", и на кафедре аналитической химии Воронежского Государственного Университета. В современных границах Российской Федерации Центрально Черноземный регион является одним из основных районов возделывания ценнейшей сельскохозяйственной культуры — озимой пшеницы (1,2 млн. га). Среди хлебных злаков пшеница наиболее требовательна к почвенным условиям (Вальков, 1986). Экологический оптимум почвенных характеристик определяется следующими показателями: содержание гумуса — более 3-4%, запасы органического вещества 300-600 т/га, что потенциально должно обеспечивать богатство почв азотом и фосфором, зональными элементами; близкая к нейтральной реакция среды, хорошая оструктуренность, тяжелосуглинистый и легкоглинистый гранулометрический состав. Этим объясняется приуроченность посевов пшеницы к черноземной зоне.
