Внастоящее время в мире повсеместно и во все более разрастающихся масштабах происходит разрушение окружающей среды
| Вид материала | Обзор |
СодержаниеОпределение растительных остатков Энергосодержание подземной фитомассы Энергосодержание органического вещества почв (ОВП) Энергия элементов минерального питания (подвижные формы) Прирост (или убыль) запасов элементов минерального питания на единицу площади Вынос с урожаем Озимая рожь Энергосодержание надземной фитомассы Энергия надземной и подземной массы Энергия элементов минерального питания (подвижные формы) Приход с семенами Вынос с урожаем Потери с поверхностным стоком Яровая пшеница Энергосодержание надземной фитомассы Энергосодержание надземной и подземной массы Энергия элементов минерального питания (подвижные формы) Приход с семенами Вынос с урожаем Потери с поверхностным стоком ... Лекция 12. Энергетический обмен, 50.55kb. Ландшафт – это сложная природная геосистема (природно-территориальный комплекс), состоящая из связанных совместным происхождением и функционально (т.е. потоками вещества и энергии) природных геосистем различного уровня (местности, урочищ, фаций). Фация – наименьшая неделимая единица ландшафта. Фация (элементарный ландшафт) в целом соответствует элементарному биогеоценозу в экологии, но часто превышает его, объединяя ряд пространственно смежных биогеоценозов. Согласно Н.А.Солнцеву (цит. по Исаченко,1991), для обособления самостоятельного ландшафта необходимы следующие основные условия: - территория, на которой формируется ландшафт, должна иметь однородный геологический фундамент; - единый по происхождению (генетически) тип рельефа (в единый ландшафт, например, нельзя объединять два участка, из которых один покрывался ледником, а другой нет, или один подвергался затоплению морскими водами.ю а другой оставался вне сферы затопления); - климат одинаков на всем пространстве ландшафта, и при любых сменах климатических условий он остается однообразным (внутри ландшафта наблюдается лишь изменение местных климатов - по урочищам и микроклиматов – по фациям). Сельскохозяйственный ландшафт является одним из видов техногенного ландшафта, в котором при преобладающем значении техногенной миграции продолжает существовать биологический круговорот элементов и его роль иногда достаточно велика. К сельскохозяйственным ландшафтам относятся земельные участки, используемые в животноводстве (различные помещения и окружающая их территория, выгоны, пастбища, зоны утилизации отходов и т.д.) и растениеводстве (сады, виноградники, поля и т.д.). Под экологической емкостью агроландшафта ( Протасов В.Ф., Матвеев А.С.,2001) понимается способность агроландшафта принять и трансформировать определенное количество вещества и энергии при устойчивом его функционировании в заданном режиме. Эта энергия накапливается в виде массы органического вещества в течение года (вегетационного периода) – ежегодный прирост; в многолетних частях растений (древесина, корни, корневища), в органическом веществе (гумусе) почвы, в энергии минеральных элементов питания и выражается в гигаджоулях. Экологическая емкость территории агроландшафта (Э) равна: Э=БЭПТ + Е, где Е-энергия минеральных элементов питания (подвижных форм) в слое почвы 0-30 см; БЭПТ – биоэнергетический потенциал территории (часть энергии, заключенная в фитомассе и органическом веществе почвы). Оценка биоэнергетического потенциала территории позволит определить ее ресурсное состояние, сравнить экологическую емкость и пространственную изменчивость, выявить сходные категории земель, их группировки, проводить ресурсно-экологическое районирование и, что самое главное, определять структуру угодий (пашня, лес, луг, водные источники) агроландшафта . поскольку он включает различные средопреобразующие компоненты, в том числе и разные типы растительности, то в основном от их соотношения и зависит производительность ландшафта (В.М.Володин, 1997). ДОННИК Сухого вещества 20 %, то есть 25 т/га*0,20=5т/га Т.к. вся масса донника запахивается, то побочной продукции нет, вся продукция является основной. ^ Определение растительных остатков а)поверхностных остатков:0,1*50+10=15 (ц/га), т.е. 1,5 т/га б)корней:1,0*50+15=65 (ц/га), т.е. 6,5 т/га І.Энергосодержание надземной фитомассы Эф=Зф*Qф, где Эф- энергия фитомассы, ГДж/га, Зф – запас фитомассы, т/га, Qф – энергосодержание фитомассы, ГДж/т Эф=(5,0+1,5)*17,18=111,67 (ГДж/га) ^ Энергосодержание подземной фитомассы Эф=6,5*16,17=105,11 (ГДж/га) Энергосодержаниенадземной и подземной фитомассы Эф=111,67+105,11=216,78 (ГДж/га) ІІ.^ Энергосодержание органического вещества почв (ОВП) ОВП=Зг±ΔЗг, где Зг – запас гумуса, ±ΔЗг – ежегодное приращение (или убыль) гумуса Запасы гумуса: Зг=Г*V*30, где Г – содержание гумуса в почве, %, V – объемный вес почвы, г/куб.см., 30 – пахотный слой почвы, см. Зг=8,6*1,35*30=348,3 (т/га) Запасы энергии органического вещества почвы: Еовпз=Зг*Qг, где Qг – энергосодержание гумуса. Еовпз=348,3 т/га*23,045 ГДж/т=8026,57 ГДж/га Прирост или убыль энергии органического вещества за вегетационный период (год) : ±ΔЕп=[(Зф*Кг)+(Зк*Кг)]*Qг – Зг*Км*Qг, где ±ΔЕп – прирост или убыль энергии органического вещества почв,ГДж/га, Зф – количество пожнивных остатков, т/га, Зк – количество корневых остатков во всех ценозах, Кг – коэффициент гумификации растительных остатков, Км – коэффициент минерализации гумуса под данной культурой, Зг – запас гумуса в почве под данным видом фитоценоза, т/га, Qг – энергосрдержание гумуса. Епочвы=Еовпз+Еовпп ±ΔЕп=[(1,5*0,3)+(6,5*0,3)]*23,045-348,3*0,0040*23,045=55,31-32,11=23,2 (ГДж/га) Епочвы=8026,57+23,2=8049,77 (ГДж/га) ІІІ.^ Энергия элементов минерального питания (подвижные формы) включают запас энергии (Еэмп) и прирост или убыль ее (±ΔЕэмп) на единицу площади. Запасы подвижных питательных форм веществ в пахотном слое почвы (кг/га): Зэмп=WPK*V*30, где WPK – содержание элементов питания в пахотном слое, мг/100 г почвы, V – объемный вес почвы, г/куб.см., 30 – глубина пахотного слоя, см. Зэмп(P) = 15.3*1.35*30 = 619.65 (кг/га) Зэмп(K) = 15,2*1,35*30 = 615,60 (кг/га) Содержание общего азота: Nобщ = (Г*25)*А / 100, т/га, где Г – содержание гумуса в почве, %, А – содержание азота в гумусе, %, 30 – глубина пахотного слоя, см. Nобщ = 8,6*30*5/100 = 12,9 (т/га) Количество легкогидролизуемого азота (5% от общего) : 12,9*0,05 = 0,645 (т/га) или 645 кг/га Запасы энергии элементов питания : Еэмп = (N*QN+P*QP+K*QK) / 1000 , ГДж/га, где Еэмп – энергия элементов минерального питания в пахотном слое почвы (подвижные формы), NPK – количество N,P,K в пахотном слое почвы, кг/га, QN – энергетический эквивалент азота – 86,8 МДж/кг д.в. QP – энергетический эквивалент фосфора – 12,6 МДж/га д.в. QK – энергетический эквивалент калия – 8,3 МДж/кг д.в. Еэмп = (645*86,8+619,65*12,6+615,6*8,3) / 1000 = 68,9 (ГДж/га) ^ Прирост (или убыль) запасов элементов минерального питания на единицу площади: Баланс питательных элементов
^ Вынос с урожаем. Урожайность 25 т/га. N. 4,4 кг/т*25т/га = 110 кг/га Р. 1,1 кг/т*25т/га = 27,5 кг/га К. 5,25 кг/т*25т/га = 131,25 кг/га Потери с поверхностным стоком. Wi = Ri*αi*η где Wi – масса естественных потерь i-го NPK, кг Ri – масса NPK, вынесенного с урожаем сельскохозяйственных культур,кг αi – коэффициент естественных потерь η – коэффициент перехода от среднего по водности периода к расчетному. Для упрощения опустим коэффициент η. N: W = 110*0 = 0 (кг/га) Р: W = 27,5*0,2 =5,5 (кг/га) К: W = 131,25*0,3 = 39,4 (кг/га) Значение баланса подставим в формулу : ±ΔЕэмп = [(-5,4)*86,8 + (-32,8)*12,6 + (-163,15)*8,3] / 1000 = -2,2 (ГДж/га) Общая энергия элементов минерального питания: Е = Еэмп + ΔЕэмп Е = 68,9 – 2,2 = 66,7 (ГДж/га) Итак, экологическая емкость территории агроландшафта: Э = І+ІІ+ІІІ Э = 216,78+8049,77+66,7 = 8333,25 (ГДж/га) БЭПТ = 216,78 + 8049,77 = 8266,55 (ГДж/га) ^ ОЗИМАЯ РОЖЬ Сухого вещества 86%, то есть 3,3 т/га*0,86 = 2,84 т/га Побочной продукции: 2,84 т/га*2 = 5,68 т/га Определение растительных остатков а)поверхностных остатков:0,2*33+6,3=12,9 (ц/га), т.е. 1,29 т/га б)корней:0,6*33+13,9=33,7(ц/га), т.е. 3,37 т/га І.^ Энергосодержание надземной фитомассы Эф = (2,84+5,68+1,29)*17,18=168,54 (ГДж/га) Энергосодержание подземной фитомассы Эф = 3,37*16,17=54,49 (ГДж/га) ^ Энергия надземной и подземной массы 168,54+54,49=223,03 (ГДж/га) ІІ.Энергосодержание органического вещества почв (ОВП) ±Еп = [(1,29*0,3)+(3,37*0,3)]*23,045 – 348,3*0,0040*23,045 = 32,22-32,11 = 0,11 (ГДж/га) Епочвы = 8026,57+0,11=8026,68 (ГДж/га) ІІІ.^ Энергия элементов минерального питания (подвижные формы) Прирост (или убыль) запасов элементов минерального питания на единицу площади: Баланс питательных элементов
Норма высева 200 кг/га ^ Приход с семенами N. Вынос основной продукцией 21,2 кг/т 21,2 – 1000 х – 200 х = 4,2 кг/га Р. Вынос – 8,0 кг/т 8,0 – 1000 х – 200 х = 1,6 кг/га К. Вынос – 6,0 кг/т 6,0 – 1000 х – 200 х = 1,2 кг/га ^ Вынос с урожаем Урожайность 33,0 ц/га. N. Вынос с основной продукцией: 21,2*3,3 = 70,0 (кг/га) Вынос с побочной продукцией: 6,1*5,68 = 34,6 (кг/га) Вынос с урожаем: 70,0+34,6 = 104,6 (кг/га) Р. Вынос с основной продукцией: 8,0*3,3 = 26,4 (кг/га) Вынос с побочной продукцией6 2,7*5,68 = 15,3 (кг/га) Вынос с урожаем: 26,4+15,3 = 41,7 (кг/га) К. Вынос с основной продукцией: 6,0*3,3 = 19,8 (кг/га) Вынос с побочной продукцией: 15,0*5,68 = 85,2 (кг/га) Вынос с урожаем: 19,8+85,2 = 105,0 (кг/га) ^ Потери с поверхностным стоком N: 104,6*0,28 = 29,3 (кг/га) Р: 41,7*0,11 = 4,6 (кг/га) К: 105,0*0,36 = 37,8 (кг/га) Значение баланса подставим в формулу: ±ΔЕэмп = [(-15,1)*86,8 + (-17,0)*12,6 + (-2,85)*8,3] / 1000 = -1,5 (ГДж/га) Общая энергия элементов минерального питания: Е = 68,9 – 1,5 = 67,4 (ГДж/га) Итак, Э = 223,03 + 8026,68 + 67,4 = 8317,11 (ГДж/га) БЭПТ = 223,03 + 8026,68 = 8249,71 (ГДж/га) ^ ЯРОВАЯ ПШЕНИЦА Сухого вещества 86%, т.е. 1,89 т/га*0,86=1,63 т/га Побочной продукции: 1,63 т/га*1,3=2,12 т/га Определение растительных остатков а)поверхностных остатков: 0,4*18,9+1,8=9,36 (ц/га), т.е. 0,94 т/га б)корней: 0,8*18,9+6,5=21,62 (ц/га), т.е. 2,16 т/га І.^ Энергосодержание надземной фитомассы Эф = (1,63+2,12+0,94)*17,18 = 80,57 (ГДж/га) Энергосодержание подземной фитомассы Эф = 2,16*16,17 = 34,93 (ГДж/га) ^ Энергосодержание надземной и подземной массы 80,57+34,93 = 115,5 (ГДж/га) ІІ.Энергосодержание органического вещества почв (ОВП) ±Еп = [(0,94*0,3)+(2,16*0,3)]*23,045 – 348,3*0,0040*23,045 =21,43-32,11 = -10,68 (ГДж/га) Епочвы = 8026,57-10,68 = 8015,89 (ГДж/га) ІІІ.^ Энергия элементов минерального питания (подвижные формы) Прирост (или убыль) запасов элементов минерального питания на единицу площади: Баланс питательных элементов
Норма высева 200 кг/га ^ Приход с семенами N. Вынос с основной продукцией – 22,4 кг/т 22,4 – 1000 х – 200 х = 4,5 Р. Вынос – 7,2 кг/т 7,2 – 1000 х – 200 х = 1,44 К. Вынос – 6,0 кг/га 6,0 – 1000 х – 200 х = 1,2 ^ Вынос с урожаем Урожайность 18,9 ц/га, урожайность побочной продукции 2,12 т/га N. Вынос с основной продукцией: 22,4*1,89 = 42,3 (кг/га) Вынос с побочной продукцией: 5,9*2,12 = 12,5 (кг/га) Вынос с урожаем: 42,3 + 12,5 = 54,8 (кг/га) Р. Вынос с основной продукцией: 7,2*1,89 = 13,6 (кг/га) Вынос с побочной продукцией: 2,4*2,12 = 5,1 (кг/га) Вынос с урожаем: 13,6 + 5,1 = 18,7 (кг/га) К. Вынос с основной продукцией: 6,0*1,89 = 11,3 (кг/га) Вынос с побочной продукцией: 13,3*2,12 = 28,2 (кг/га) Вынос с урожаем: 11,3 + 28,2 = 39,5 (кг/га) ^ Потери с поверхностным стоком N: 54,8*0,25 = 13,7 (кг/га) Р: 18,7*0,08 = 1,5 (кг/га) К: 39,5*0,30 = 11,9 (кг/га) Значение баланса подставим в формулу: ±ΔЕэмп = [(-59,4)*86,8 + (-18,56)*12,6 + (-42,77)*8,3] / 1000 = -5,7 (ГДж/га) Общая энергия элементов минерального питания: Е = 68,9 – 5,7 = 63,2 (ГДж/га) Итак, Э = 115,5 + 8015,89 + 63,2 = 8194,59 (ГДж/га) БЭПТ = 115,5 + 8015,89 = 8131,39 (ГДж/га) ^ КУКУРУЗА НА СИЛОС Сухого вещества 16%, т.е. 41,5 т/га*0,16 = 6,64 т/га – это урожайность сухого вещества кукурузы. Определение растительных остатков а)поверхностных остатков: 0,03*415+3,5 = 15,95 (ц/га), т.е.1,6 т/га б)корней: 0,012*415+8,7 = 13,68 (ц/га) І.^ Энергосодержание надземной фитомассы Эф = (6,64+1,6)*17,18 = 141,6 (ГДж/га) Энергосодержание подземной фитомассы Эф = 1,37*16,17 = 22,15 (ГДж/га) ^ Энергия надземной и подземной массы 141,6+22,15 = 163,75 (ГДж/га) ІІ.Энергосодержание органического вещества почв (ОВП) ±Еп = [(1,6*0,3)+(1,37*0,3)]*23,045 – 348,3*0,0040*23,045 = 20,53 – 32,11 = -11,58 (ГДж/га) Епочвы = 8026,57-11,58 = 8014,99 (ГДж/га) ІІІ.^ Энергия элементов минерального питания (подвижные формы) Прирост (или убыль) запасов элементов минерального питания на единицу площади: Баланс питательных элементов
Норма высева: 26 кг/га ^ Приход с семенами N. Содержится в семенах – 19 кг/т 19 – 1000 х – 26 х = 0,5 Р. Содержится в семенах – 8 кг/т 8 – 1000 х – 26 х = 0,2 К. Содержится в семенах – 5 кг/т 5 – 1000 х – 26 х = 0,1 ^ Вынос с урожаем Урожайность 415 ц/га N. Вынос с основной продукцией: 3,04*41,5 = 126,2 (кг/га) Р. Вынос с основной продукцией: 0,92*41,5 = 38,2 (кг/га) К. Вынос с основной продукцией: 3,82*41,5 = 158,5 (кг/га) ^ Потери с поверхностным стоком N: 126,2*0,5 = 63,1 (кг/га) Р: 38,2*0,2 = 7,6 (кг/га) К: 158,5*0,5 = 79,3 (кг/га) Значение баланса подставим в формулу: ±ΔЕэмп = [(-184,2)*86,8 + (-45,4)*12,6 + (-230,2)*8,3] / 1000 = -18,5 (ГДж/га) Общая энергия элементов минерального питания: Е = 68,9 – 18,5 = 50,4 (ГДж/га) Итак, Э = 163,75 + 8014,99 + 50,4 = 8229,14 (ГДж/га) БЭПТ = 163,75 + 8014,99 = 8178,74 (ГДж/га) Таким образом, результаты расчетов представим в форме таблицы:
Таким образом, наибольшим биоэнергетическим потенциалом территории характеризуются посевы донника на сидерат. Это можно объяснить высокой урожайностью культуры. Наименьшее значение БЭПТ у яровой пшеницы из-за невысокой ее урожайности. Экологическая емкость, соответственно, самая низкая у яровой пшеницы, а самая высокая у донника. Это означает, что поле, занятое донником, наиболее устойчиво к воздействию факторов внешней среды. Эобщ = [(БЭПТ1 + Е1)*S1 + (БЭПТ2 + Е2)*S2 + (БЭПТ3 + Е3)*S3 + (БЭПТ4 + Е4)*S4] Эобщ = [(8266,55 + 66,7)*100 + (8249,71 + 67,4)*100 + (8131,39 + 63,2)*100 + (8178,74 + 50,4)*100] = 3 307 409 (ГДж) | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||