Агроэкологическая оценка ландшафтов Выборгского района Ленинградской области

Санкт – Петербургский государственный аграрный университет

 

 

 

 

 

 

 

 

Курсовая работа

На тему: «Агроэкологическая оценка ландшафтов Выборгского района Ленинградской области»

 

 

 

 

 

                                                           

 

   Выполнила: Кундухова Я.Н.

                                                                               Проверил: Мельников С.П.

 

 

 

Санкт – Петербург, 2014 г.

Содержание

Введение………………………………………………………………………….

1. Характеристика Выборгского района……………………………………….
1. Климат…………………………………………………………………….
2. Рельеф и геологическое строение……………………………………….
3. Почвы и растительность………………………………………………….
4. Экология…………………………………………………………………..
2. Оценка продуктивности агроэкосистемы…………………………………...
3. Оценка устойчивости почв к антропогенному воздействию………………
4. Оценка степени и периода деградации………………………………………
5. Определение категории и группы устойчивости……………………………
6. Заключение…………………………………………………………………….
7. Список использованной литературы…………………………………………

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Введение

    Агроэкосистемы, или аграрные экологические системы, — сознательно

спланированные человеком территории, на которых сбалансировано

получение сельскохозяйственной продукции и возврат её составляющих на

поля для обеспечения круговорота минеральных и органических веществ. В

правильно спланированные агроэкосистемы, кроме пашен, входят пастбища

или луга и животноводческие комплексы. К основным компонентам агроэкосистем относятся:

- внешняя среда и ее  влияние;

- продуценты (полевые культуры  и сорняки);

- прямые потребители (человек, домашние животные, вредители,

возбудители болезней);

- редуценты (почвенная микрофлора, микро- и мезофауна, питающаяся

отмершей органической массой).

Все эти компоненты взаимосвязаны в цепи питания, но в отличие от

большинства естественных экосистем агроэкосистемы в значительной

степени разделены пространственно.

Основная задача агроэкосистем – давать максимальную продуктивностьнеобходимого для человека продукта, ради которого создается агроэкосистема. В первую очередь – это получение максимального урожая в земледелии. Максимальный урожай - это тот урожай, который получается при оптимальном обеспечении факторов роста и развития растений, зависящих от технологии земледелия (агротехнологии), т.е. при 100% выполнении правил агротехники. (http://cito-web.yspu.org/link1/metod/met20/node30.html)

  Целью данной работы является оценка конкретных агроэкосистем Выборгского района Ленинградской области. Необходимо определить устойчивость почв к антропогенному воздействию, направленность и интенсивность процессов деградации, определение основных мероприятий для снижения антропогенного воздействия на данные агроэкосистемы.

Исходные данные:

Почва: дерново – среднеподзолистая легкосуглинистая на покровных суглинках. Южный склон, средневолнистая территория. С/х угодья – 200 км от СПб. Культура: Озимая пшеница.

                                                                                     ∆ 12 лет

Гумус – 5,2%                                                                   4,0

рН – 6,0                                                                            5,0

Р2О5 – 250 мг/кг                                                               100

К2О – 200 мг/кг                                                                100

V-  80%

Плотность – 1,12 г/см3                                                         1,20

h – 26 см

Q – 3,0*109 ккал

Kq - 3,0%

W1   - 200 мм в почве

Kw - 510 мм на 1 ц

Металлы:

Cd – 2,2 мг/кг –почва, 0,30 мг/кг – фон ;  Cr – 14,2 мг/кг, 8,1 мг/кг – фон

 

 

 

1. Характеристика Выборгского района

Выборг — город в России, административный центр Выборгского муниципального района Ленинградской области. Выборг расположен на западе Карельского перешейка в 122 км к северо-западу от центра Санкт-Петербурга и в 27 км к востоку от границы с Финляндией. Географические координаты: 60°42′33″ с. ш. 28°44′39″ в. д.. Максимальная высота над уровнем моря — 51 м.

Граничит:

• на севере — с Каменногорским городским поселением,
• на востоке — с Гончаровским сельским поселением,
• на юге — с Советским городским поселением,
• на западе — с Селезнёвским сельским поселением.

     Город расположен на берегу Выборгского залива, находящегося в северо-восточной части Финского залива. Это крупный экономический, промышленный и культурный центр Ленинградской области, порт на Балтике, важный узел шоссейных и железных дорог.

     Выборг, основанный в Средние века шведами, с 2010 года является единственным историческим поселением Ленинградской области. До 1940 года это был второй по величине город Финляндии. Среди достопримечательностей — Выборгский замок, библиотека Алвара Аалто, парк Монрепо. Всего в Выборге сосредоточено более 300 различных памятников: архитектурных, исторических, скульптурных, археологических, садово-паркового искусства. С марта 2010 года — «Город воинской славы».

     Численность населения — 80 896 чел. (2013), площадь — 160,847 км². Выборг — второй по населению и крупнейший по площади город в Ленинградской области.

 

 

 

 

1. Климат

Климат города морской с переходом к континентальному. Зима умеренно мягкая, лето умеренно тёплое, что для такой географической широты объясняется влиянием Гольфстрима. При этом максимальная температура, зарегистрированная в Выборге, составляет +34,6 °C, а минимальная −38 °C.

В целом климат Выборга более холодный, чем климат расположенного на более низкой широте Санкт-Петербурга, а самый холодный месяц — февраль. Среднегодовая температура +4,8 °C (для Петербурга +5,8 °C).

Осадков в Выборге выпадает немного больше, чем в Петербурге. Больше осадков выпадает летом, осенью и зимой, существенно меньше — весной. Годовое количество осадков 677 мм, в зимний период выпадают преимущественно в виде снега. Среднегодовая относительная влажность воздуха — 80 %. Преобладают юго-западные ветры. Среднегодовая скорость ветра — 3,4 м/с.

Весной и летом наблюдается явление белых ночей, при максимальной долготе дня 19 ч. 10 мин., а минимальной — 5 ч. 38 мин. Число часов солнечного сияния — 1530 в год. В среднем дневная инсоляция на горизонтальной поверхности составляет 2,79 кВт/м².

Климат Выборга
Показатель	Янв.	Фев.	Март	Апр.	Май	Июнь	Июль	Авг.	Сен.	Окт.	Нояб.	Дек.	Год
Абсолютный максимум, °C	6,5	10,0	13,8	22,1	29,0	32,9	34,6	33,4	27,2	19,0	11,1	8,4	34,6
Средний максимум, °C	−4	−4,1	0,5	7,2	14,7	19,2	22,3	20,2	14,3	7,9	1,7	−2,1	8,2
Средняя температура, °C	−6,7	−7,2	−2,9	3,0	10,3	15,1	18,3	16,3	10,9	5,5	−0,4	−4,6	4,8
Средний минимум, °C	−9,5	−10,5	−6,4	−0,5	5,9	11,1	14,3	12,7	7,9	3,2	−2,3	−7,1	1,6
Абсолютный минимум, °C	−36,8	−34	−29	−20	−5	0,0	5,8	0,0	−4	−11,4	−19,8	−34	−36,8
Норма осадков, мм	48	36	40	31	40	63	65	82	68	76	67	61	677
Температура воды, °C	0,0	0,0	0,1	2,0	10,3	16,7	19,7	18,7	13,5	7,3	2,0	0,3	7,6

 

 

 

2. Рельеф и геологическое строение

Город расположен на территории Выборгской низменности. Рельеф пересечённый, средняя высота над уровнем моря повышается к северу, самая высокая точка (51 м) расположена в Скандинавском микрорайоне. В центральной части города самое высокое место — Батарейная гора (33 м)

Выборг находится в пределах Балтийского щита, где близко к поверхности  выходят  кристаллические  породы раннепротерозойского периода, преимущественно — гранит-рапакиви. Поэтому морены здесь имеют менее резкие очертания. На вершинах коренные породы обнажены, а на нижних, более пологих склонах прикрыты песчаной и супесчаной мореной с гравием, щебнем и валунами.                        Они  покрыты  озёрными  и  озёрно-аллювиальными отложениями четвертичного периода. Характерными ледниковыми формами рельефа являются «бараньи лбы». Берег Финского залива сильно изрезанный, с множеством скалистых островов и проливов между ними. Вдоль берега протянулись песчаные террасы высотой 2—5 метров, ограниченные    высокими уступами. Вблизи  города  есть месторождения облицовочного камня.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

3. Почвы и растительность

Почвы на территории города, преимущественно, подзолистые, бедные перегноем и отличающиеся значительной кислотностью. Основными почвообразующими породами являются пески и супеси, подстилаемые суглинками и глинами. Велико количество камней — более 500 м³/га. Среднегодовая температура земли 3,8 °C. Сельскохозяйственное использование почв требует искусственного улучшения.

В городе имеется большое количество озеленённых территорий. Общая площадь городских парков и скверов составляет более 432 тыс. м². В центре города произрастают, преимущественно, лиственные породы деревьев, а на окраинах сохранились коренные еловые и сосновые леса.

По степени окультуренности почва относится к хорошо окультуренным дерново - подзолистым почв (по заданию).

 

4. Экология

В городе наблюдается повышенный уровень загрязнения атмосферного воздуха, отмечались превышения ПДК в 4 раза. Основными источниками загрязнения атмосферного воздуха являются энергетические комплексы и автотранспорт.

Высок уровень загрязнения почв, в зоне промышленных предприятий он приближается к чрезвычайно опасному. Высоко содержание тяжёлых металлов, особенно свинца и цинка.

Город находится на территории с повышенной концентрацией радона. В подвалах некоторых зданий радиационный фон превышает ПДК.

 

2. Оценка продуктивности агроэкосистемы
1. Расчет величины потенциального урожая (ПУ), который может быть теоретически достигнут при соблюдении агротехники и оптимальных почвенных условиях.
1. Определение ПУ озимой пшеницы, если Q = 3,0*109 ккал

ПУ =Q*Kq/100*q*100, ц/га

Q – сумма радиации за период вегетации, ккал/га

Kq – коэффициент использования фотосинтетической реакции, %

q – калорийность органической  массы единицы урожайности, ккал/га

ПУ = 3,0*3,0/100*4450*100 = 20,2 ц

2. Определение ПУ, если Km = 0,45 абс. сухой массы и стандартной влажности 0,5

ПУ тов=20,2*0,45=9,1 ц/га – на сухую биомассу

ПУ тов =20,2*0,5=10,1 ц/га – на станд. влажность

 

2. Определение КОУ по влагообеспеченности посевов

КОУ=100*W/Kw, ц/га

W – ресурс продуктивной влаги, мм

Kw – коэффициент водопотребления мм/ц

W=W1+P, мм

P – сумма осадков, испарения растениями , мм

 W1 – ресурс прод. влаги, которая есть в почве

P=D*К,мм

D – количество осадков на данной территории, мм

К – коэффициент испарения

Р=677*0,7=474 мм

W=200+474=674 мм

КОУ=100*674/510=132 ц/га

КОУтов. прод.=132*0,45=59,4 ц/га -  на сухую биомассу

КОУтов. прод.=132*0,5=66 ц/га - на станд. влажность

3. Определение действительно возможной урожайности (ДВУ)

Лимитирующий фактор – обеспеченность элементами питания.

ДВУ=Д/В, ц/га

Д – количество элементов питания, которые могут быть получены растениями из почвы

В – вынос элементов питания на формирование продукции

Гумус – 5,2%

К2О – 200 мг/кг

Р2О5 – 250 мг/кг

h – 26 см (0,26 м)

Плотность-1,12 г/см3

М (пах.слоя)=10000*1,12*0,26=2912 т

Расчет ДВУ по N, P, K

3.1 Определение  запасов N по содержанию гумуса:

Запасы гумуса (х)  100 кг – 5,2     х= 2912000*5,2/100=151424 кг

                                  2912000 - х

а) Запасы N: в гумусе N 5%

100 кг – 5 кг N      х= 151424*5/100=7571,2 кг – общий запас N

151424 – х

б) Минерализуется N 1,5 %

100 кг – 1,5 кг    х=7571,2*1,5/100=113,6 кг

7571,2 – х 

в) Усвоение N – 40%

100 кг – 40кг     х= 113,6*40/100=45,4 кг – количество N, который может быть

113,6 – х                                                 усвоен из почвы озимой пшеницей

г) ДВУ= 45,4/3(вынос оз. пшеницей N )=15,3 ц/га

3.2 ДВУ  Р2О5 :

а) 1 кг – 250 мг/кг    х = 2912000*250/1000=728 кг/га

2912000 – х

б) К исп.

100  - 5    х=728*5/100=36,4 кг

728 - х

в) ДВУ=36,4/1,1(вынос оз.пшен. Р) =33,1 ц/га

3.3 ДВУ К2О

а) 1 кг – 200     х=2912000*200/1000=582 кг

2912000 – х

б) Кисп.

100 кг – 10   х= 582*10/100=58,2 кг

582 – х

в) ДВУ=58,2/2,5(вынос оз.пшен К) =23,3 ц/га

N(15,3) P(33,1) K(23,3)

Продуктивность лимитирует в первую очередь N, затем К2О.

 

 

 

4. Определение продуктивности при помощи почвенно – экологических индексов.

ПЭИ= 12,5(2-V)*M*D∑t›10˚C*(Kувл. – р) / КК+100,

V – плотность почвы, средняя для метрового слоя

M – коэффициент по гран.составу

D – дополнительный поправочный коэффициент

∑t›10˚среднегодовая сумма активных температур

р – та влага, которая сущ. в почве

КК = 360(tmax – tmin)/Ш+10,

 tmax - средняя температура теплого месяца

tmin - средняя температура холодного месяца

  Ш – широта местности

КК=360(34,6  - (-38)) / 60+10=373,4

ПЭИ=12,5*0,52*0,86*1*2430(1,1-0,05)/373,4+100=30

Перевод в балл бонитета: 30*0,92=27,6 балла

27,6*0,17(цена балла)=4,69 ц/га

 

 

 

 

 

 

 

3. Оценка устойчивости почв к антропогенному воздействию

Устойчивость – способность почвы сохранять производительную способность при антропогенном воздействии и восстанавливать свои свойства после его прекращения.

1. Почвообразующие породы:

1. 0 баллов – морена, флювиогляциальные отложения, аллювиальные, пески.
2. 1 балл – моренные и флювиогляциальные отложения на выровненных депрессиях, маломощные пески и супеси, подстилаемые мореной.
3. 2 балла – легкие суглинки, подстилаемые мореной.
4. 3 балла – моренные суглинки и глины.
5. 4 балла – карбонатные, покровные суглинки и глины.

2. Рельеф:

1. 0 баллов – сильноволнистая территория › 10º.
2. 1 балл – средневолнистая 3-10º.
3. 2 балла – устойчивая не более 3º.

3. Увлажнение:

1. 0 баллов – подзолы и дерново – подзолистые почвы на песках.
2. 1 балл – супеси.
3. 2 балла – суглинистые почвы, дернорво – карбонатные.
4. 3 балла – аллювиальные дерново – глеевые почвы.
5. 4 балла – аллювиально – луговые, болотные.

4. Теплообеспеченность:

1. 0 баллов – Северные склоны.
2. 1балл  - Восточные склоны.
3. 2 балла – Западные склоны.
4. 3 балла – Ровные склоны, суглинистые и легкие почвы.
5. 4 балла – Почвы южной экспозиции, суглинистые.

5. Гумусированность (запасы гумуса  в Апах.- 0 - 20 см):

1. 0 баллов – ЗГ ˂10 т/га – крайне неустойчивые почвы.
2. 1 балл – ЗГ 10-20 т/га – неустойчивые.
3. 2 балла – ЗГ 20-40 т/га – малоустойчивые.
4. 3 балла – ЗГ 40-60 т/га – относительно устойчивые.
5. 4 балла – ЗГ 60-80 т/га – устойчивые.
6. 5 баллов - ЗГ˃80 т/га – высокоустойчивые.

6. Кислотность:

1. 0 баллов – сильнокислые и кислые почвы рН˂4,5 – неустойчивые.
2. 1 балл – средне- и слабокислые с рН 4,5-5,5 – относительно неустойчивые.
3. 2 балла – нейтральные, близкие к нейтральным – устойчивые.

7. Степень насыщенности почв основаниями (V):

1. 0 баллов – V ˂20% - неустойчивые.
2. 1 балл – V 20-40 % - малоустойчивые.
3. 2 балла – V 40 – 60 % - относительно устойчивые.
4. 3 балла – V 60-80 % - устойчивые.
5. 4 балла – V 80-100 %  - высокоустойчивые.

8. Первичная биопродуктивность (по неотчуждаемой биомассе сухого вещества, ц/га):

1. 0 баллов - ˂ 40 – неустойчивые.
2. 1 балл – 40-60 – малоустойчивые.
3. 2 балла – 60-80 – относительно устойчивые.
4. 3 балла – 80-100 – устойчивые.
5. 4 балла - ˃100 – высокоустойчивые.

9. Степень сельскохозяйственной освоенности:

1. -3 балла – слабоокультуренные почвы ˂5т/га (слабая агротехника, низкая насыщенность органическими и минеральными удобрениями (˂60 кг/га)).
2. -2 балла – среднеокультуренные почвы 5-10 т/га (оптимальная агротехника, минеральные удобрения (60-180 кг/га).
3. -1 балл – высокоокультуренные почвы ˃10 т/га (высокий уровень агротехники, минеральные удобрения (˃180 кг/га).

10. Оценка почв по ∑ баллов:

1. Крайне неустойчивые - 0-4 балла.
2. Неустойчивые – 5 – 9 баллов.
3. Малоустойчивые  - 10 – 14 баллов.
4. Относительно устойчивые – 15 – 19 баллов.
5. Устойчивые – 20 – 24 балла.

Оценка дерново – среднеподзолистой легкосуглинистой почвы:

Рельеф	1 балл
Увлажнение	2 балла
Теплообеспеченность	4 балла
Гумусированность	3 балла
Кислотность	3 балла
Степень насыщенности основаниями	4 балла
Первичная биопродуктивность	3 балла
Степень с/х освоенности	2 балла
∑ балл	22 балла - устойчивые

 

 

 

 

 

 

4. Оценка степени и периода деградации

Деградация – совокупность процессов, которые приводят к изменению функции почв, ухудшают их свойства, снижают природно – хозяйственное значение.

В зависимости от факторов выделяют 4 типа деградационных ландшафтов:

1. Земли технологической, или эксплуатационной деградации. Земли не пригодны без рекультивации (карьеры, торфопредприятия, земли под строительство).

а) Физическая деградация – это итог процессов нарушения сложения почвы, нарушение комплекса физических свойств. Причины: низкая культура земледелия.

б) Агроистощение – это потеря плодородия в результате потери элементов питания, ухудшения реакции среды, ППК. Причина: нарушение систем земледелия.

2. Эрозия – нарушение покрова почв поверхностными стоками вод. Причины:
1. Осадки ливневого характера;
2. Рельеф;
3. Изреженное проективное покрытие;
4. Породы, подверженные размыванию;
5. Гран. состав.
3. Засоленные почвы – избыточное накопление легкорастворимых солей.
4. Заболоченные почвы – изменение водного режима, выражается во временном переувлажнении, подтоплении или затапливании почв.

Степень деградации определяется по баллам:

0 – недеградированные почвы – продуктивность соответствует оптимальному плодородию;

1 – слабо деградированная  почва – снижение продуктивности  не более 25%;

2. – средне деградированная  почва – 20 – 25%;
3. – сильно деградированная почва – 50 – 75 %;
4. – очень сильно деградированная почва – более 75%.

Если деградация почвы характеризуется увеличением значения показателя (плотность почвы, содержание тяжелых металлов и т.д.), то период деградации рассчитывается по формуле:

Td= (Xmax – х0)*∆T/x1 – x0, лет

Xmax – значение характерное для 4 балла деградации;

х0 – предыдущее значение деградации почвы;

∆T – временной промежуток между двумя обследованиями (в годах);

x1 – значение критерия деградации почвы при текущем обследовании.

Плотность

1. 1,20/1,12=1,07 – 0 степень деградации
2. Xmax =1,20*1,4=1,68
3. Td= (1,68 – 1,12)/12/1,20 – 1,12=84 года

Физическая деградация почвы составит 4^84, то есть при сохранении данной тенденции через 84 года почва достигнет 4-ого балла деградации.

Гумус

Если деградация почвы характеризуется уменьшением значения показателя (плотность почвы, содержание тяжелых металлов и т.д.), то период деградации рассчитывается по формуле:

Td= (х0 -Xmin)*∆T/ x0–x1, лет

1. 5,2/4,0=1,3 – 1-ая степень деградации
2. Xmin =5,2/2=2,6
3. Td= (5,2-2,6)*12/5,2-4,0=26 лет

Физическая деградация почвы составит 4^26, то есть при сохранении данной тенденции через 24 года почва достигнет 4-ого балла деградации.

К2О, Р2О5

Td= (х0 -Xmin)*∆T/ x0–x1, лет

1. 200/100=2 – 2-ая степень деградации
2. Xmin =200/5=40
3. Td=(200-40)*12/200-100=19,2 года

При сохранении данной тенденции через 19,2 лет почва достигнет 4-ого балла деградации.

Р2О5

1. 250/100=2,5 – 3-я степень деградации
2. Xmin =250/5=50
4. Td=(250-50)*12/250-100=16 лет

Через 16 лет почва достигнет 4-ой степени деградации.

Металлы

Сd=2,2 мг/кг (х1) , фон – 0,3 мг/кг (х0)

∆Т=12 лет

ОДК=2,0 мг/кг

1. 2,2/2=1,1 – 0-ая степень деградации
2. Хmax=2*5=10
3. Тd=(10-2,2)*12/(2,2-0,3)=49 лет

Сr=14,2 мг/кг (х1), фон=8,1 мг/кг (х0)

∆Т=12 лет

ПДК=6 мг/кг

1. 14,2/6=2,4
2. Хmax=6*5=30
3. Тd=(30-14,2)*12/(14,2-8,1)=31 год

Коэффициент технического загрязнения (Кс)

Кс=Кобщ/Кфон

Кс(Cd) = 2,2 мг/кг/0,3=7,3

Кс(Cr) = 14,2 мг/кг/8,1=1,75 Суммарный показатель загрязнения (Zс)

Zc=(7,3+1,75)-(2-1)=8,05 – низкий показатель загрязнения (0-16 – низкий; 16-32 – умеренно-опасный; 32-128 – высокий; более128 – очень высокий)

Индекс приоритетности (fn)

fn= (Сᵢ/ПДК(ОДК)/Сj /ПДКj(ОДК)=(2,2/2,0)/14,2/6,0=0,01

fn˂1, след - но компонент i не имеет приоритетного значения.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

5. Определение категории и группы устойчивости

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

6. Заключение

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

7. Список использованной литературы

1.Кауричев И.С. Почвоведение\

2. Бархатова М.Р. Агроклиматический справочник по Ленинградской

области / Москва : Гидрометеоиздат, 1959.– 176 с. : табл.

3.Муха, Макаров “Плодородие  почв и устойчивость земледелия”

4.Черников В.А. “Устойчивость  почв к антропогенным воздействиям”

5.Титова Д.Р. “Агроэкосистемы: проблемы и функционирование и

сохранение устойчивости”

6.Черников В.А.”Агроэкология”

7.Титова Д.Р., Добахов “Основы экологической оценки функционирования

агроэкосистем”

8. http://bibliofond.ru/view.aspx?id=517780

9. http://www.vashdom-spb.ru/content/luzhskiy#sthash.qFiGHDXB.dpuf

10. http://cito-web.yspu.org/link1/metod/met20/node30.html