Geum.ru

Агроэкологическое обоснование эффективности ландшафтных систем земледелия в центральном черноземье

Вид материалаАвтореферат диссертации

Содержание


6 Влияние ландшафтных систем земледелия на окружающую среду и здоровье населения преобразованных территорий
Повышение стабильности развития растений березы повислой (Betula pendula
Снижение заболеваний органов дыхания населения территорий, преобразованных на ландшафтной основе.
7 ЭКОЛОГО-экономическая эффективность ландшафтных систем земледелия
Предложения производству
Список основных публикаций по теме диссертации
Подобный материал:
1   2   3   4   5   6

6 ВЛИЯНИЕ ЛАНДШАФТНЫХ СИСТЕМ ЗЕМЛЕДЕЛИЯ НА ОКРУЖАЮЩУЮ СРЕДУ И ЗДОРОВЬЕ НАСЕЛЕНИЯ ПРЕОБРАЗОВАННЫХ ТЕРРИТОРИЙ

Основным критерием устойчивого развития является качество среды обитания, то есть такое ее состояние, которое обеспечивает здоровье человека и других видов живых существ.

Повышение стабильности развития растений березы повислой (Betula pendula Roth.) как показателя улучшения качества среды при освоении ландшафтных систем земледелия. Статистически существенные отличия значений показателей флуктуирующей ассиметрии (ФА) листьев растений березы между Красногвардейским и двумя соседними юго-восточными районами отмечаются и в относительно благоприятном 2008 г., и в крайне неблагоприятные по погодным условиям (жара, засуха) 2009-2010 годы, что свидетельствует о преимуществах ландшафтных систем земледелия в обеспечении экологической устойчивости агроэкосистем (табл. 9).

В целом за три года исследований 2008-2010 гг. интегральный показатель ФА в Красногвардейском районе был достоверно ниже, чем в соседних Валуйском и Вейделевском районах. Причем в Красногвардейском районе он характеризовал состояние здоровья среды как «незначительные отклонения от нормы», тогда как в Валуйском и Вейделевском районах – как «средний уровень отклонений от нормы».


Таблица 9 – Интегральный показатель флуктуирующей асимметрии листев растений березы повислой в Валуйском, Вейделевском и Красногвардейском районах

Район
Год наблюдений
В среднем

за 2008-2010 гг.

2008
2009
2010

Красногвардейский
0,030
0,050
0,048
0,043

Валуйский
0,034
0,055
0,053
0,048

Вейделевский
0,037
0,054
0,055
0,049

НСР05
0,004
0,004
0,004
0,003


Снижение заболеваний органов дыхания населения территорий, преобразованных на ландшафтной основе. Предшествующими исследованиями было установлено, что влияние промышленности на заболеваемость органов дыхания в сравниваемых нами так называемых сельских районах (Валуйском, Вейделевском и Красногвардейском) не имеет решающего значения (Яницкий, 2009). Кроме того, Красногвардейский район по условиям загрязнения автотранспортом атмосферного воздуха вредными веществами не имеет никаких преимуществ перед соседними районами. Опасность отрицательного воздействия сельскохозяйственного производства на загрязнение воздуха в Белгородской области велико вследствие высокой степени распаханности территории и интенсивного развития эрозионных процессов. Характерной особенностью ландшафта области являются меловые обнажения в виде меловых «гор», склонов, бугров, «плешин», что повышает такую опасность.

Поскольку в системе защитных лесных насаждений, своего рода аэродинамических барьеров, меняется ветровой режим, снижается риск возникновения и развития дефляционных процессов и, как следствие, снижается содержание в воздухе нежелательных для человека пылевых взвесей вредных веществ, то это должно положительно сказаться на здоровье людей и повлечь снижение заболеваемости как минимум по классу болезней органов дыхания.

Все установленные отличия по уровню общей и первичной заболеваемости органов дыхания различных возрастных групп населения трех изучаемых районов статистически значимы. Наименьшие значения этих показателей зарегистрированы среди населения Красногвардейского района. Причем разница в общей заболеваемости всего населения по сравнению с Валуйским районом составила в 1,5 раза и с Вейделевским – в 1,7 раз. Снижение по впервые зарегистрированной заболеваемости еще более значительны – с Валуйским в 1,7 раз, с Вейделевским в 2,0 раза (рис. 6). В отдельных возрастных группах разница еще больше – до 4 раз (рис. 7).


А



Б




Рисунок 6 – Общая (А) и первичная (Б) заболеваемость всего населения и их тренды в Валуйском, Вейделевском и Красногвардейском районах


А




Б



В




Рисунок 7 – Общая и первичная заболеваемость населения различных

возрастных групп: А – 18 лет и старше, Б – 15-17 лет, В – 0-14 лет

в среднем за 2000-2008 гг.


Показатели первичной заболеваемости населения, в большей степени отражающие влияние окружающей среды на здоровье, подчеркивают ее большую экологическую безопасность в Красногвардейском районе, где ее доля в общей заболеваемости среди всех групп населения ниже на 3-30% по сравнению с соседними районами.

Линии трендов динамики заболеваемости (рис. 6) свидетельствуют, что и в Валуйском и в Вейделевском районах наблюдается тенденция ее увеличения, хотя и проявляющаяся в разной степени, тогда как в Красногвардейском районе можно констатировать стабилизацию общей заболеваемости на уровне 194 заболеваний на 1000 населения, а по первичной заболеваемости четко выражена отрицательно направленная тенденция.

Определяющим фактором, как показал корреляционный анализ, в снижении уровня заболеваемости респираторной системы является экологический каркас ландшафтных систем земледелия – система защитных лесных насаждений. Изменчивость изучаемого показателя до 85-100 % зависит от степени облесенности территории.


7 ЭКОЛОГО-экономическая эффективность ландшафтных систем земледелия

Оценка экономической эффективности ландшафтных систем земледелия складывается из стоимости работ (12,8 тыс. руб./га) по восстановлению плодородия (через его интегральный показатель – содержание гумуса), утрата которого наблюдается в традиционных системах земледелия, стоимости новообразованного гумуса (9,1 тыс. руб./га) и дополнительной продукции растениеводства (3,6 тыс. руб./га).

В условиях Красногвардейского района Белгородской области ежегодный экономический эффект освоения ландшафтных систем земледелия составляет 25,5 тыс. руб. /га. Исходя из этого срок окупаемости наиболее затратных работ по освоению ЛСЗ – создание защитных лесных насаждений – составляет 1,0-2,8 лет, а для всего комплекса противоэрозионных мероприятий – 4 года. Положительный эффект достигается уже в первые 5 лет.

Организация территории на ландшафтной основе повышает адаптивность возделывания сельскохозяйственных культур, а, следовательно, исключает потери урожайности при их неоптимальном размещении. При этом, как показал сравнительный анализ состояния системы севооборотов до и после освоения ландшафтных систем земледелия, происходит почти 2-кратное уменьшение количества полей с одновременным увеличением среднего размера поля с 52 га до 100 га, доводя его до близкой к оптимальной величине.

Кроме того, длина гона при контурной организации территории равна или больше по сравнению с традиционной прямолинейной организацией (в среднем в 1,5 раза). Это приводит к снижению затрат времени и топлива на работу сельскохозяйственной техники в неэффективном режиме (на поворотах) и значительной экономии в целом по хозяйству энергозатрат, амортизационных и эксплуатационных расходов, затрат на оплату труда.

Решение важнейшей экологической проблемы – защиты земель от деградации и восстановления плодородия почв – при освоении ландшафтных систем земледелия способствует решению других не менее значимых для биосферы проблем – сохранения видового разнообразия и оптимизации биоценотических связей, следствием чего в том числе является создание сбалансированной фитосанитарной обстановки. Кроме того, преобразование на ландшафтной основе территории приводит к повышению ее биологической емкости и биоэнергетического потенциала, что в свою очередь интенсифицирует круговорот веществ, повышая эффективность использования ФАР, органического вещества почвы, совокупной антропогенной энергии, денежных и трудовых затрат. Увеличение ассимиляционного потенциала агроэкосистемы влечет повышение здоровья среды обитания и, как следствие, здоровья населения. Улучшение экономических показателей, а также состояния окружающей среды и человека, которые являются критериями качества жизни людей, однозначно свидетельствует о значимости ландшафтных систем земледелия в его повышении.


ВЫВОДЫ


1. Ландшафтные системы земледелия являются фактором положительного антропогенного влияния на плодородие почв, продуктивность агроценозов, видовое разнообразие, биологическую емкость и энергопотенциал агроэкосистем.

2. Ландшафтные системы земледелия способствуют не только прекращению интенсивного развития эрозионных процессов, но и восстановлению плодородия почв. Установлены средние темпы увеличения содержания гумуса – 0,02-0,05 % (абс.) в год, а в отдельных случаях эта величина еще более значительна – до 0,1 % (абс.) в год.

3. На фоне оптимизации режима органического вещества установлено улучшение агрохимических показателей плодородия почв. Щелочная или близкая к ней реакция эродированных карбонатных почв меняется на нейтральную. Динамика фосфорного и калийного режимов почв проявляет положительную тенденцию. В условиях Красногвардейского полигона – за 24 года содержание Р2О5 в пахотном слое увеличилось на 87,7 мг/кг, что способствовало переходу почвы на два класса выше по обеспеченности подвижным фосфором; содержание К2О – на 33,1 мг/кг, что обеспечило перевод почвы по его содержанию на качественную градацию выше. Аналогичные результаты получены в целом по Красногвардейскому району.

4. Ландшафтные системы земледелия повышают продуктивность сельскохозяйственных культур за счет создания лучших для их роста и развития агроэкологических условий и адаптивного их размещения. Ежегодная разница в урожайности по зерновым культурам в среднем за 25 лет между Красногвардейским районом с полным освоением ландшафтных систем земледелия и двумя соседними районами, где ландшафтные системы земледелия осваивались фрагментарно, лишь в отдельных хозяйствах, составила 0,2-0,4 т/га, в отдельные периоды она достигала 0,6 т/га. В целом ежегодный выход сухого вещества основной продукции выше на 0,56 т/га или на 24,8 %.

5. Усиление процессов аккумуляции и интенсификации обмена веществ при освоении ландшафтных систем земледелия повышает эффективность производства растениеводческой продукции. Коэффициенты использования ФАР, органического вещества почвы и совокупной антропогенной энергии возрастают на 43,2 %, 34,5 и 33,3 %, соответственно. Производительность агроэкосистемы на единицу денежных затрат увеличивается на 31,7 %, а на единицу трудовых затрат – на 14,0 %.

6. Повышение в 2,2 раза продукционного потенциала агроландшафтов в ландшафтных системах земледелия складывается за счет возросшего выхода органической массы агроценозов, а также фитомассы древесной и травянистой растительности защитных лесных насаждений. Это способствует увеличению обменной биологической емкости агроэкосистемы на 32 %.

7. Повышение ассимиляционного потенциала преобразованных на ландшафтной основе агроэкосистем позволяет рассматривать их, в отличие от традиционных, не как источник СО2 в атмосфере, а в качестве резервуара депонированного углерода, емкость которого может достигать 0,71 т/га в год, что ненамного уступает наиболее эффективным лесным системам (1 т /га в год).

8. Ландшафтные системы земледелия приводят к большей стабильности энтомофаунистических сообществ и, в результате, обеспечению сбалансированного фитосанитарного состояния агроэкосистем. За период исследований экономически опасного уровня достигали только трипсы, относительное обилие которых составило в среднем 79-93 %. Между всеми остальными компонентами энтомокомплекса сложились равновесные взаимоотношения. Максимальное соотношение между вредными (без учета трипсов) и полезными насекомыми составляет в среднем – 4,8:1, что позволяет сдерживать численность вредителей на экономически безопасном уровне.

9. В условиях сложного рельефа наблюдается пространственная дифференциация энтомоценоза. Суммарная плотность фитофагов в центре полей выше, чем в 15-метровых приопушечных зонах на 29-35 %. Энтомофаги, наоборот, предпочитали селиться на участках, прилегающих к лесным полосам (больше на 57-123 %). В результате, соотношение между вредными и полезными видами в краевых зонах было ниже, чем в центре межполосного пространства в среднем в 2,1-2,9 раз. Причем напряженность отношений в энтомокомплексе центральных частей агроценозов южного склона выше, чем северного в 1,9 раз.

10. В результате инвентаризации флоры фитоценозов преобразованной агроэкосистемы Красногвардейского стационара выявлено 264 вида из 173 родов и 59 семейств. Важнейшим фактором, влияющим на расширение видового разнообразия модельной агроэкосистемы Красногвардейского стационара, является система лесополос и участков сплошного облесения. Лесные насаждения повышают общую влагообеспеченность (это подтверждено значительной долей мезофитных видов – 67 %), что позволяет произрастать в агроландшафте большому разнообразию видов растений, включая редкие. Из установленных нами видов растений пятнадцать входят в Красную книгу Белгородской области.

11. Растительные сообщества компонентов изучаемой агроэкосистемы по своему вкладу в видовое разнообразие имеют значительные различия (коэффициент Жаккара изменяется от 0,20 до 0,35). Это проявляется за счет расширения видового обилия, особенно в старовозрастной лесной полосе (на 21-38 %), увеличения доли лесных и опушечно-лесных видов в защитных насаждениях (до 32 %) по сравнению с полем и залежью (6 и 11 %, соответственно), а также сокращения в лесных полосах сорной растительности (в 1,5-2 раза) и доли малолетников до 15-31 % в сравнении с 50 % в поле. Трансформация травянистой флоры в защитных лесных насаждениях в результате сукцессионного развития приводит к формированию растительных сообществ, которые не угрожают увеличением засоренности полей.

12. Экономическая оценка эффективности ландшафтных систем земледелия показала, что стоимость предотвращенного ущерба плодородию почвы, прироста содержания гумуса в почвах и продуктивности сельскохозяйственных угодий соответствует величине, равной 25,5 тысяч руб. /га в год. Срок окупаемости создания защитных лесных насаждений – наиболее затратной статьи расходов по освоению ландшафтных систем земледелия – 1,0-2,8 года, а для всего комплекса противоэрозионных мероприятий – 4 года.

13. Преобразование территории землепользования на ландшафтной основе с контурной организацией территории и адаптивным размещением культур привело к снижению количества полей по сравнению с традиционной организацией территории почти в 2 раза, одновременно, во столько же раз увеличив их средний размер – до 100 га, доводя его до близкой к оптимальной величине.

При контурной организации территории создается почвозащитная конфигурация участка для работы агрегатов, приводящая к увеличению длины гона, и в результате более производительного использования сельскохозяйственной техники за счет существенного сокращения времени работы агрегата в неэффективном режиме снижаются энергозатраты, сокращается время работы агрегатов на выполнение технологических операций, снижаются амортизационные и эксплуатационные расходы, уменьшаются затраты хозяйства на оплату труда.

14. В ландшафтных системах земледелия происходит улучшение состояния среды обитания в целом, о чем свидетельствуют исследования по изучению стабильности развития растений березы повислой (Betula pendula Roth.). В преобразованных агроландшафтах Красногвардейского района показатель флуктуирующей ассиметрии листьев характеризует состояние его среды как «незначительные отклонения от нормы» и равен 0,043 – это существенно ниже, чем в соседних Валуйском (0,048) и Вейделевском (0,049) районах, где качество среды оценивается классом хуже, как «средний уровень отклонений от нормы».

15. Состояние среды во многом определяет благополучие и здоровье человека. Данный эффект подтвержден не только существенным снижением среднего значения заболеваемости органов дыхания населения района с освоенной ЛСЗ – в 1,5-2 раза (а отдельных возрастных групп еще больше), но и положительной тенденцией ее динамики в последние годы. Определяющим фактором, как показал корреляционный анализ, в снижении уровня заболеваемости респираторной системы является экологический каркас ландшафтных систем земледелия – система защитных лесных насаждений.


ПРЕДЛОЖЕНИЯ ПРОИЗВОДСТВУ


1. Рекомендуется проектирование и освоение ландшафтных систем земледелия в сельхозпредприятиях Центрального Черноземья для повышения устойчивости функционирования агроландшафтов, повышения плодородия почв, снижения экологической напряженности, увеличения биологической емкости и флористического разнообразия территорий, снижения заболеваемости органов дыхания населения.

2. Для обеспечения в условиях Центрального Черноземья устойчивого ведения сельскохозяйственного производства целесообразны ландшафтные системы земледелия, включающие весь комплекс противоэрозионных мероприятий (противоэрозионная организация территории, агротехнические почвозащитные мероприятия, агролесомелиорация, простейшие гидротехнические сооружения и лугомелиорация) с учетом агроэкологических условий земель.

3. При проведении фитосанитарного мониторинга для совершенствования тактики управления численности вредителей целесообразно использовать установленные в работе особенности распределения насекомых в системе лесополос и межполосных пространствах в сложных рельефных условиях. Необходимо учитывать, что на склонах южной экспозиции складываются более благоприятные условия для естественного регулирования численности вредных организмов. Для некоторых видов фитофагов даже при численности вредителей близкой к экономическим порогам вредоносности может быть нецелесообразным краевое опрыскивание посевов.


СПИСОК ОСНОВНЫХ ПУБЛИКАЦИЙ ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИИ


Статьи в рецензируемых журналах, рекомендованных ВАК:
  1. Котлярова, О.Г. Продуктивность клевера красного, как медоноса, в зависимости от систем обработки почвы и удобрений на склонах/ О.Г. Котлярова, Н.Д. Хаддад, Е.Г. Котлярова // Вестник РАСХН. – 2002. – № 3. – С.33-35.
  2. Котлярова, О.Г. Урожайность и кормовые качества клевера красного в зависимости от обработки почвы и удобрений на склонах / О.Г. Котлярова, Н.Д. Хаддад, Е.Г. Котлярова // Доклады РАСХН. – 2002. – № 3. – С.24-26.
  3. Котлярова, О.Г. Влияние тяжелых металлов на урожай и качество картофеля / О.Г. Котлярова, С.Д. Лицуков, Е.Г. Котлярова // Достижения науки и техники АПК. – 2003. – № 8. – С. 10-12.
  4. Лицуков, С.Д. Влияние средств химизации на поступление тяжелых металлов в клубни картофеля / С.Д. Лицуков, Е.Г. Котлярова // Вестник ФГОУ ВПО МГАУ. – 2003. – № 4. – С. 145-150.
  5. Котлярова О.Г. Четверть века на страже плодородия/ О.Г. Котлярова, Е.Г. Котлярова // Земледелие, 2006. - № 4. – С. 2-4.
  6. Котлярова О.Г. Разработка и освоение ландшафтных систем земледелия в хозяйствах Белгородской области / Котлярова О.Г., Котлярова Е.Г. // Достижения науки и техники АПК. – 2008. – № 6. – С. 36-38.
  7. Котлярова Е.Г. Расширение биологического разнообразия в ландшафтных системах / Е.Г. Котлярова, В.И Чернявских // Вестник РАСХН. – 2008. – № 4. – С. 21-24.
  8. Котлярова О.Г. Влияние ландшафтных систем земледелия на расширение биологической емкости и разнообразия агроландшафтов / О.Г. Котлярова, Е.Г. Котлярова, С.А. Линков // Земледелие. – 2008. – № 6. – С. 11-12.
  9. Котлярова Е.Г. Сохранение почвенного плодородия – задача комплексная / Е.Г. Котлярова, С.М. Ягуткин // Земледелие. – 2008. - № 7. – С. 12-14.
  10. Котлярова Е.Г. Особенности распределения энтомофауны по структурным элементам агроландшафта / Е.Г. Котлярова, А.Б. Лаптиев // Вестник РАСХН. – 2009. - № 1. – С.40-42.
  11. Чернявских В.И. Однолетние многокомпонентные смеси с промежуточными культурами в звене кормовых севооборотов на склоновых землях Белгородской области / В.И. Чернявских, Е.Г. Котлярова // Земледелие. – 2009. - № 8. – С. 42-44.
  12. Котлярова, Е.Г. Заболевание органов дыхания населения в антропогенно сформированных ландшафтах / Е.Г. Котлярова // Доклады РАСХН. – 2010. – № 5. – С. 28-30.
  13. Котлярова, О.Г. Экологическая эффективность антропогенно преобразованных агроландшафтов / О.Г. Котлярова, Е.Г. Котлярова // Проблемы агрохимии и экологии. – 2010. – № 2. – С. 34-37.
  14. Котлярова, Е.Г. Влияние компонентов агроэкосистем нового типа на засоренность полей / Е.Г. Котлярова // Вестник Саратовского госагроуниверситета им. Н.И. Вавилова. – 2010. - № 8. – С. 12-16.
  15. Котлярова, О.Г. Видовое разнообразие растительности антропогенно сформированных агроландшафтов / О.Г. Котлярова, Е.Г. Котлярова, В.И. Чернявских, О.В. Дегтярь // Нива Поволжья. – 2010. – № 3. – С 82-85.
  16. Котлярова, Е.Г. Взаимоотношения между компонентами энтомоценоза в антропогенно сформированных агроландшафтах / Е.Г. Котлярова, А.Б. Лаптиев // Земледелие. – 2010. – № 7. – С 45-47.
  17. Котлярова, Е.Г. Содержание гумуса в почвах при освоении ландшафтных систем земледелия / Е.Г. Котлярова // Плодородие. – 2010. – № 6. – С 26-28.