Содержание к диссертации
Введение
1. Обзор литературы 6
2. Природные условия и агроклиматическое районирование Центрального Предкавказья 34
3. Условия и методика исследований 39
4. Результаты исследований 51
4.1. Многолетние данные урожайности озимой пшеницы и ее снижения вследствие агрометеорологического загрязнения 51
4.2. Химическое загрязнение тяжелыми металлами > 51
4.3. Физическое загрязнение 62
4.3.1. Агрометеорологическое загрязнение 62
4.3.2. Световое и тепловое загрязнение 66
4.3.3. Эрозионные процессы 69
4.3.4. Радиационное загрязнение 85
4.4. Биологическое и антропогенное загрязнение 88
4.4.1. Загрязнение окружающей среды патогенными микроорганизмами 88
4.4.2. Загрязнение полезащитных лесных полос и примыкающих к ним участков полей 99
4.4.3. Антропогенное загрязнение и ущерб полезной фауне .101
Выводы 106
Предложения производству 108
Список литературы 109
Приложения 126
- Многолетние данные урожайности озимой пшеницы и ее снижения вследствие агрометеорологического загрязнения
- Биологическое и антропогенное загрязнение
- Антропогенное загрязнение и ущерб полезной фауне
Введение к работе
Актуальность темы. Северный Кавказ - один из крупнейших регионов страны по производству сельскохозяйственной продукции, площадь которого 35,5 млн. га. Около половины этой площади приходится на пахотные земли. Весь Северный Кавказ от Каспия до Азовского моря пересекает зона неустойчивого увлажнения с плодородными черноземными почвами, где около половины площади пашни занимает важнейшая продовольственная культура - озимая пшеница.
Основная причина снижения урожайности в неблагоприятные годы - негативное влияние загрязнения посевов озимой пшеницы, к которому Н.Ф. Реймерс (1990) относит все то, «что не в том месте, не в то время и не в том количестве, какое естественно для природы, что выводит ее системы из состояния равновесия, отличается от наблюдаемой нормы, и/или желательного для человека».
Загрязнители не только снижают урожайность, они оказывают негативное воздействие на все составные части агроэкосистемы, в том числе почву - важнейшее средство производства в сельском хозяйстве, главное богатство страны.
В этой связи является актуальным изучение влияния различных типов загрязнения в агроэкосистеме основной зерновой культуры Северного Кавказа и Ставрополья - озимой пшеницы.
Цель и задачи исследований. Целью наших исследований явилось изучение негативного влияния комплекса загрязнителей на компоненты агроэкосистем озимой пшеницы в зоне неустойчивого увлажнения Ставропольского края.
Исходя из поставленной цели были определены задачи:
провести агроэкологический мониторинг для своевременного установления случаев загрязнения агроэкосистем и оперативно применять необходимые мероприятия;
выявить и проанализировать негативное влияние природного и антропогенного загрязнения на агроэкосистемы полей озимой пшеницы;
изучить эффективность влияния лесной полосы на защиту посева озимой пшеницы от сильного града;
изучить эффективность лесной полосы на распространение микроорганизмов;
проанализировать влияние сжигания стерни на возникновение эрозионных процессов;
изучить степень загрязнения почвы и зерна тяжелыми металлами;
изучить зависимость урожайности озимой пшеницы от смыва почвы на склоновых землях. f-
[ Г'"' НМІИОНЛЛЬНЛЯ
МІЬЛИОТЕКА
, у ( Іктербург
Научная новизна. Впервые на базе агроэкологического мониторинга сделана комплексная оценка влияния различных типов загрязнения на агроэкосистему озимой пшеницы в зоне неустойчивого увлажнения Ставропольского края и даны предложения по использованию этой информации в практике сельского хозяйства.
Впервые установлена высокая эффективность лесной полосы в защите посева озимой пшеницы от сильного града, в защите от микроорганизмов, распространяющихся с мест скопления отходов животноводства. Установлена роль прерывистого щелевания на стабилизацию урожайности озимой пшеницы на склоновых землях. Оценена вредоносность выжигания стерни.
Практическая значимость. Полученные данные по комплексной оценке влияния основных загрязнителей агробиогеоценоза озимой пшеницы позволяют применять их как для усовершенствования технологии возделывания этой важнейшей зерновой культуры, так и отдельных ее приемов.
Апробация работы. Результаты исследований были доложены на ежегодных научно-практических конференциях факультета защиты растений Ставропольского государственного аграрного университета (2000-2003 гг.), а также на международной научной конференции «Повестка дня на XXI век: программа действий - экологическая безопасность и устойчивое развитие» (Ставрополь, 2002), VIII научно-практической конференции «Политические, правовые, социальные и экономические проблемы современного российского общества» (Ставрополь, 2002), VI региональной научно-технической конференции «Вузовская науку - Северо-Кавказскому региону» (Ставрополь, 2002), IX научно-практической конференции «Политические, правовые, социальные и экономические проблемы современного российского общества» (Ставрополь, 2003).
Публикации. Опубликовано 12 работ, в том числе по теме диссертации - 9.
Структура и объем работы. Диссертация изложена на 128 страницах машинописного текста и состоит из введения. 4 глав, выводов, предложений производству, приложения. Список литературы включает 189 наименований, в том числе 22 - на иностранных языках. Работа содержит 20 таблиц, б рисунков в тексте и 4 рисунка в приложении.
Многолетние данные урожайности озимой пшеницы и ее снижения вследствие агрометеорологического загрязнения
Многолетние данные урожайности озимой пшеницы и ее снижения вследствие агрометеорологического загрязнения Озимой пшеницей, важнейшей продовольственной культурой, в зоне неустойчивого увлажнения Ставропольского края, занято около половины пахотных земель. В годы, близкие к средним условиям по увлажнению и при слабых экстремальных условиях на протяжении ее продолжительного вегетационного периода, плодородные черноземные почвы, труд и усилия земледельцев, обеспечивают получение довольно высоких урожаев этой культуры, но периодически урожайность снижается, а на отдельных полях и даже значительных площадях, может быть повреждена до такой степени, что требуется ее пересев. А геоэкологическая система озимой пшеницы отличается составом взаимосвязанных природных компонентов, на которые воздействует и антропогенная деятельность, от которой зависит как продуктивность озимой пшеницы, так и состояние окружающей природной среды на больших площадях.
В связи с этим, нами была поставлена цель - изучение негативного влияния комплекса загрязнителей на компоненты агроэкосистем озимой пшеницы с помощью агроэ кологи чес кого мониторинга, а также разработка мероприятий по повышению продуктивности и устойчивости агроэкосисте-мы озимой пшеницы.
Прежде всего предстояло выяснить, от каких загрязнителей зависит значительное колебание урожайности озимой пшеницы по годам. Для анализа в Министерстве сельского хозяйства Ставропольского края были получены данные урожайности озимой пшеницы за пятидесятилетний период, которые приводятся в таблице 3.
Из данных таблицы видно, что по десятилетним периодам имеет место рост урожайности озимой пшеницы в связи с безусловным влиянием научно-технического прогресса. Средняя урожайность с 12,5 ц/га в среднем за 1951 52 I960 годы устойчиво возросла к 2000 году до 25,6 ц/га. По пятилетним периодам такого устойчивого роста урожайности озимой пшеницы не наблюдается как по десятилетиям.
Для выяснения причин значительного колебания урожайности потребовалось изучение документов сельскохозяйственных учреждений, литературных данных, других источников, опрос работников сельскохозяйственного производства. Причины снижения урожайности озимой пшеницы приводятся ниже.
В 1951 г, основная причина снижения урожайности - пыльная буря (дефляция почв). Пыльная буря привела к снижению урожайности также в 1952, 1953 и 1956 гг. В 1956 г. погибло 67,9 тыс. га посевов.
В 1957 г. урожайность была снижена при возникновении экстремальных агрометеорологических факторов - дефляции и засухи. Было повреждено около 100 тыс. га, а полностью уничтожено 3000 тыс. га.
В 1958 г., до окончания полевых работ, погибло 27,9 тыс. га озимой пшеницы. Причина снижения урожайности - повреждение в зимний период и водная эрозия почв.
В 1959 г. вследствие засухи погибло 105,7 тыс. га посевов.
53 1960 г. характерен возникновением сильной пыльной бури, полностью уничтожившей 177 тыс. га посевов, частично было повреждено 195 тыс, га.
В 1961 г. имели место суховей и стекание зерна. По данным Госстраха погибло 58 тыс. га озимой пшеницы.
В 1962 г. суховеи и засуха возникали во второй половине лета, но гибели посевов не отмечено.
В 1963 г. имели место осенняя засуха и пыльная буря весной в ряде районов края, но урожайность превышала среднюю пятилетнего периода, хотя гибель имела место на площади 104 тыс. га.
1964 г. характерен гибелью и изреженностью посевов озимой пшеницы на больших площадях вследствие низких температур. Вымерзанию способствовали осенняя засуха, выпирание растений, сильные ветры, сносившие снег с полей, а в ряде районов и почву. Экологическая обстановка еще больше ухудшилась в связи с весенней засухой. В связи с воздействием на посевы комплекса экстремальных факторов гибель озимых посевов составила 400 тыс. га, а поврежденных - 150 тыс. га. На сохранившейся площади урожайность снизилась на 4,8 ц/га по сравнению со средней пятилетнего периода.
В 1965 г. снижение урожайности произошло вследствие засухи, суховея и непродолжительной дефляции весной. Погибло 72 тыс. га озимых слабого развития в связи с поздним посевом.
В 1966 г. посевы ушли в зиму не раскустившись, но продолжали веге-тировать в период теплой зимы. В мае отмечены засуха и суховеи слабой интенсивности, а в дальнейшем сложились оптимальные условия для роста и развития озимой пшеницы. Хотя урожайность и превысила средние показатели, имела место гибель поздних посевов на площади 43,8 тыс. га.
В 1967 г. комплекс неблагоприятных экологических факторов — осенняя засуха, повреждение посевов морозом, засуха и пыльные бури весной, явились причиной снижения урожайности и гибели посевов на площади 238 тыс. га. В 1968 г. непродолжительная засуха осенью и весной, суховеи в период налива зерна не отразились в значительной степени на урожайности, в связи с хорошей закалкой растений, урожайность превышала средние показатели. Гибель составила 50 тыс. га поздних посевов слабого роста и развития.
В 1969г. осенняя засуха явилась причиной появления всходов озимых только в конце октября, после выпадения атмосферных осадков. Теплая погода осенью способствовала росту и развитию озимых культур, но озимая пшеница была слабо развитой в связи с недостатком продуктивной влаги в пахотном слое почвы, а теплая погода осенью и в начале зимы не способствовало закалке растений.
С наступлением зимы началось похолодание, и в конце января отрицательная температура, достигавшая 28С, привела к гибели растений на значительной площади. В феврале температура воздуха снова понизилась до 30-32С мороза, что во второй раз привело к вымерзанию посевов. Повреждению растений морозом способствовала ветровая эрозия почв, оголявшая узлы кущения растений. В условиях отсутствия снежного покрова или небольшой его высоты, возникали частые оттепели при чередовании с морозом, происходило выпирание растений, а местами и механическое повреждение растений, В условиях слабого развития посевов, рыхлого пахотного слоя, большие площади охватила ветровая эрозия почв. При данном комплексе экстремальных экологических факторов гибель посевов озимой пшеницы составила 613 тыс. га.
В 1970 г. состояние посевов осенью и весной было хорошим, и сильные продолжительные ветры весной не привели к возникновению интенсивной ветровой эрозии. Урожайность в Ставропольском крае впервые превысила 20 ц/га.
В 1971 г. урожайность снова превысила 20 ц/га, хотя весной в ряде районов наблюдались засуха и суховейные явления небольшой интенсивности, не оказавшие значительного влияния на валовые сборы зерна озимой пшеницы. В 1972 г. основной причиной значительного снижения урожайности до
13,9 ц/га была осенняя засуха. Уже с осени озимые находились в плохом состоянии на площади более 300 тыс. га. Небольшая высота снежного покрова и сильные ветры, которые обусловили неравномерное его залегание, с понижением температуры воздуха до 30-34С мороза, произошла гибель посевов на площади 340 тыс. га.
Биологическое и антропогенное загрязнение
К загрязнению микробиологическому (микробному) относят появление в окружающей среде большого количества патогенной микрофлоры. В сельском хозяйстве данный вид загрязнения происходит в местах скопления отходов животноводства.
Вопрос о численности микроорганизмов считается сложной экспериментальной задачей. В микробиологии загрязнения обычно определяют количеством бактерий, которые обитают в кишечнике многих позвоночных. Присутствие этих бактерий указывает, что в среде могут находиться и другие болезнетворные микроорганизмы, выявить которые гораздо труднее. Подсчет колоний - эффективный метод микробиологического анализа экосистемы. Экология микроорганизмов — это не побочный вопрос экологии. Очень часто это ее центральный вопрос, особенно в аспекте круговоротов элементов биоэнергетики экосистем и контроля за искусственным загрязнением. Сельскохозяйственные объекты (животноводческие комплексы и птицефабрики), мелиоративные и другие системы, в соответствии с материалами Международной конвекции об оценке воздействия на окружающую среду в трансграничном контексте (1991), отнесены к экологически опасным.
Основной источник загрязнения в животноводстве — навоз. При выращивании 100 тысяч голов свиней в течение года накапливается более 1000 тонн навоза, которым можно удобрить 4000 га пашни. Но навоз еще и источник возбудителей инфекционных болезней.
Установлено, что в экскрементах крупного рогатого скота бактерии составляют 15-18%, а в 1 мг количество их достигает 20-165 миллионов. Они способствуют распространению дерматом и козо в, возбудителей туберкулеза и других болезней (бруцеллез, ящур). Туберкулезную палочку обнаруживали в фекалиях не только явно больных, но и у 41,2% животных, реагирующих на туберкулин. В твердом навозе возбудители туберкулеза, паратуберкулезного энтепита крупного рогатого скота, листериоза, бруцеллеза, пастереллеза,
салмонеллеза и рожи свиней сохраняются жизнеспособными от 70 до 260 дней. Вирусы болезней Ауески, ящура, гепатита утят - от 7 до 20 дней, в осенне-зимний период от 19 до 60 дней. В жидком навозе сроки сохраняемости некоторых микроорганизмов другие. Разбавление навоза водой приводит к увеличению периода выживаемости возбудителей болезней более чем в 3 раза, по сравнению с сохраняемостью возбудителей в компактной массе навоза. Зимой при постоянной температуре в навозе около 8С возбудители болезней выживают более длительно, чем летом, так как обычная температура жидкого навоза в этот период года бывает не ниже 18С. Возбудитель рожи свиней в жидком навозе в весенне-летний период сохраняется жизнеспособным 90 дней, в осенне-зимний — 160 суток; возбудитель салмонеллеза крупного рогатого скота соответственно 90, 160 дней; бруцеллы — 100 и 180 дней. Яйца гельминтов в жидком навозе, заложенном в отстойниках открытого типа в октябре — ноябре, сохраняют жизнеспособность 12 и более месяцев, а в навозе весенне-летнего периода —4-5 месяцев.
Необеззараженный жидкий навоз и зимой и летом представляет серьезную опасность обсеменения водоемов, почвы, подпочвенных вод, кормов и пастбищ опасными для людей и животных возбудителями. Необходимо осуществлять дезинфекцию навоза всех категорий. Навоз подразделяется на жидкий, полужидкий и твердый, чаще с подстилочным материалом. Жидкий навоз получается при содержании крупного рогатого скота и свиней без применения подстилки при гидравлическом методе уборки навоза. На крупных фермах и промышленных комплексах накапливается огромное количество жидкого навоза, влажность которого достигает 93%.
Мелкие частицы аэрозоля с патогенными микроорганизмами могут разноситься воздушными потоками не только внутри животноводческого помещения, но и далеко за его пределы, что особенно опасно для промышленного животноводства, где на значительной территории сосредоточено большое количество животных. Твердый осадок, получаемый в результате обработки навозной жидкости в очистных сооружениях первой и второй ступени, вывозят на поля, а очищенную от взвешенных веществ жидкость хлорируют в сборном резервуаре насосной станции и подают на поля как удобрение. Если нет достаточной территории для орошения, по согласованию с санитарной инспекцией Минздрава, очищенные и обеззараженные воды сбрасывают в естественные водоемы. В помещениях для животных микроорганизмы могут находиться как на поверхностях помещений и оборудования, так и в воздухе, где могут быть и патогенные микроорганизмы, опасные для животных и обслуживающего персонала. В воздухе микроорганизмы находятся в капельках жидкости или на частицах пыли, образующих аэрозоли. Аэрозоли, содержащие бактерии (бактериальные аэрозоли), в зависимости от размеров и характера их частиц, могут встречаться в трех фазах: крупнокапельной, капельно-ядерной и пылевой. В 1 м3 воздуха животноводческих помещений может содержаться до 2 миллионов и более микробных тел, в том числе патогенных. Число микроорганизмов в 1 м3 плохо вентилируемого помещения в 5 раз больше, по сравнению с обсемененностью воздуха помещения после вентиляции. Воздух при многих заболеваниях, особенно аэрогенных, может стать опасным фактором распространения их возбудителей. При сравнении трех способов заражения животных (подкожного, пищевого и через воздух) наиболее быстрым и легким оказался аэрогенный. Для заражения туберкулезом морской свинки через легкие достаточно 1-2 бактерий, при подкожном - не менее 800, а при пищевом еще больше. Мелкие частицы аэрозоля с патогенными микроорганизмами могут разноситься воздушными потоками далеко за пределы животноводческих помещений, что особенно опасно для животноводческих комплексов, где сосредоточенно большое количество животных.
Таким образом, микроорганизмы - это составная часть каждой экологической системы, а патогенная микрофлора широко распространенный опасный загрязнитель окружающей среды.
Антропогенное загрязнение и ущерб полезной фауне
Антропогенное загрязнение в сельском хозяйстве возникает в ходе хозяйственной деятельности занятых в сельскохозяйственном производстве людей, в результате их прямого или косвенного влияния на производственные процессы. Антропогенное загрязнение может быть информационным, производственным, управленческим, вследствие которого возникает экологическая обстановка, причиняющая значительный ущерб сельскому хозяйству.
При информационном загрязнении в печати, по радио и телевидению, в докладах, на лекциях и в других информационных сообщениях могут неправильно или несвоевременно излагаться производственные решения, в результате которых, при недостаточно проверенных факторах, происходят негативные явления, которые наносят вред. Примером могут служить рекомендации производству применять полосное размещение посевов сельскохозяйственных культур без учета рельефа местности, возделывать высокоурожайные сельскохозяйственные культуры без учета зональных особенностей региона, проводить ран невесенние работы, когда почва еще не достигла необходимой спелости, или производить посев озимой пшеницы до наступления лучших сроков посева.
Антропогенное производственное загрязнение - проведение сельскохозяйственных работ, которые приводят к отрицательным результатам. Это посев сельскохозяйственных культур в период пыльных бурь, когда вслед за агрегатом рыхлая почва выдувается на глубину рыхления вместе с семенами. Примером может служить и самовольное уменьшение трактористом и сеяльщиком глубины посева озимой пшеницы, что является причиной снижения урожайности. В садоводстве и полеводстве отмечены случаи применения пестицидов более высокой концентрации, чем рекомендовано. Сжигание стерни на полях после уборки урожая может усиливать процессы ветровой и водной эрозии. Сжигание старой соломы на полях иногда приводит к повреждению лесных полос, применение ядохимикатов с помощью авиации, без правильного учета направления ветра, также причиняет значительный ущерб. Вредоносна и обработка почвы вдоль склона.
Антропогенное управленческое загрязнение — это разработка неправильных рекомендаций производству, указание проводить полевые работы, когда время для этого еще не наступило. Сюда относится и отсутствие контроля за природоохранной деятельностью в условиях производства, недостаточная заготовка кормов в хозяйстве для животноводства, в результате чего животных приходиться выпасать на полях севооборотов. Применение ненормированного выпаса животных на склоновых землях, отсутствие в хозяйстве мероприятий зональной системы земледелия, все это — управленческое загрязнение.
Таким образом, неправильная информация, неправильные производственные указания, отсутствие контроля за качеством выполняемых работ и многие другие, можно считать антропогенным загрязнением, так как в отдельных случаях они могут приводить к большому ущербу во всех отраслях производства.
Антропогенное загрязнение в сельском хозяйстве опасно тем, что вместо того, чтобы уменьшать природное загрязнение, оно может приводить к его росту, при котором причиняется значительно больший ущерб производству, чем он мог иметь место при природном загрязнении. Не допускать информационную, производственную и управленческую загрязненность в сельском хозяйстве - задача опытных руководителей, хорошо подготовленных к производственной деятельности в сельском хозяйстве и умеющих организовать контроль за качеством выполняемых производственных заданий.
Антропогенное загрязнение нередко возникает при несвоевременном закрытии влаги в посевах озимых культур, при неправильном размещении древесно-кустарниковых пород в защитных лесонасаждениях. Но у нас далее речь пойдет о большой гибели полезных зверей и птиц от сельскохозяйственной техники в период уборки озимой пшеницы на больших площадях.
Постоянными обитателями посевов озимой пшеницы являются куропатка серая, перепел обыкновенный, заяц-русак. Все полевые работы в той или иной мере оказывают негативное влияние на зооценозы. Но особенно опасен период уборки, когда мощная техника в короткое время изменяет экологическую обстановку на больших площадях, занятых посевами озимой пшеницы, что в значительной мере отражается на животных. За короткий период времени постоянно проживающие в посевах животные лишаются важнейших условий нормальной жизнедеятельности — безопасных условий существования. В ходе полностью механизированной уборки от ножей уборочной техники погибает большое количество охотничьих животных, особенно молодняка, не представляющего для себя условий существования без защиты такого мощного укрытия, как посев колосовых культур.
Наибольшее количество молодняка охотничьей фауны, обитающей в посевах и погибающей в период уборки: серой куропатки, перепела обыкновенного и зайца-русака - основных представителей спортивной охоты. Особенно много представителей этой фауны гибнет при круговом способе уборки урожая, когда в оставшуюся несжатую полосу пшеницы собираются все животные убираемого поля, так как боятся убранного пространства, и погибают под ножами уборочной техники.
Надежный способ защиты охотничьей фауны от гибели в период уборки — уборка с середины поля или когда животные имеют возможность уйти с убираемого поля по неубранной полосе к лесной полосе или дороге. Применяются и отпугивающие приспособления.
При уборке зерновых комбайном с площади 990 га гибнет: зайца-русака - 23, куропатки — 6, перепела — 4. При подкормке озимых погибает 39 особей зайца-русака. От куч удобрений - 8, инсектицидов - 27, протравленного зерна - 1 и зооцидов - 4. Серой куропатки, охота на которую запрещена весь год, 10 особей погибает при подкормке озимых посевов, 19 — от протравленного зерна, 4 - при применении инсектицидов и 3 - при применении зооцидов.
Поля озимой пшеницы и полезащитные лесные полосы, которые их защищают от экстремальных погодных условий, это биогеоценотический комплекс, где на больших площадях обитают многие животные. Фауна полей озимой пшеницы, занимающей около половины площади пашни, в экстремальных случаях, например, в период уборки, использует полезащитные лесонасаждения как укрытие. Нам приходилось наблюдать, как в отдельных местах на закрайках лесных полос в непосредственной близости друг от друга находились лисица, заяц- русак, куропатка и лисица в стрессовом состоянии не обращала на них внимание. Значение полезащитных лесных полос, как укрытия для животных, которых в зоне неустойчивого увлажнения около 40 тысяч гектаров (3%), трудно переоценить.
