Оптимизация экологической устойчивости агроланшафта

Министерство  сельского хозяйства Российской Федерации

 

ФГОУ  ВПО «Саратовский государственный  аграрный университет им. Н.И.Вавилова »    

 

 

 

 

КУРСОВАЯ  РАБОТА

 

 

 

 

 

ОПТИМИЗАЦИЯ ЭКОЛОГИЧЕСКОЙ

УСТОЙЧИВОСТИ АГРОЛАНШАФТА

 

 

 

 

 

 

 

Выполнил: студент группы Зк -211

Седов Г.В.

Проверил: Плешаков С.А.

 

 

Введение

    Инженерная экология – прикладная комплексная научно-техническая дисциплина, изучающая общие и локальные закономерности функционирования техносферы и разрабатывающая на основе этих закономерностей систему инженерно – технических мероприятий, которые направлены на сохранение качества окружающей среды и на оптимизацию природопользования. Инженерная экология возникла и интенсивно развивается на стыке технических, естественных и социальных наук.

  Предметом изучения инженерной экологии является природно-технические геосистемы. Природно-технические геосистемы это совокупность объектов формулирующихся в результате строительства и эксплотации инженерных и других соединений, взаимодействующих с природными элементами. Природно-технические геосистемы возникают в любом месте, где ведётся хозяйственная деятельность. Природно-технические геосистемы приходят на смену природным геосистемам, этот процесс не обратим. Природно-технические геосистемы удовлетворяют определённые потребности современного человека.

  Задачей инженерной экологией является: 1) Изыскание способов управление техносферой, природно-техническими геосистемами на региональном и планетарном уровне.2) Создание механизмов рационального природопользовании- система деятельности призванная обеспечить экономную эксплотацию природных ресурсов и наиболее эффективный режим их воспроизводства с учётом перспективных интересов развивающегося хозяйства и сохранения здоровья людей.3) Создание инженерных методов исследования и оценки прямых и косвенных потерь окружающей среды, защита окружающих природных ресурсов.4) Изучение общих и локальных закономерностей формирования техносферы. Техносфера – это часть биосферы радикально преобразованная человеком в технические и техногенные объекты (здания, дороги) для удовлетворений потребностей человека.

   Цель курсовой работы состоит в следующим:1) студент должен научиться правильно, оценивать экологическую устойчивость агроланшафта по комплексу ланшафтно – экологических показателей;2) на основании проведенной оценки он должен разработать научно обоснованную систему агроланшафта (экологическая организация) и оценить эффективность применения этих мероприятий с позиции общей и инженерной экологии. Выполнение этой курсовой работы позволит в дальнейшем применять знания по инженерной экологии при разработки различных проектов землеустройства с учётом устойчивости ландшафта, поддерживать экологическое равновесие в природе.  

 

 

Структура агроланшафта и  критерии его экологической устойчивости

  Агроландшафт – антропогенный ландшафт с преобладанием в его биотической части сообществ живых организмов, искусственно сформированных человеком (антропобиоцинозов) и заменивших естественные фито и зооценозы на большей части территории. Создание агроланшафта предполагает трансформацию природного комплекса под полевое, луговое, садовое  и лесное использование.

  Рельеф  – неровности земной поверхности  которое можно свести к 5 типовым формам: 1) Гора 2) Котловина ( замкнутое понижение) 3) хребет 4) Лощина (вытянутое углубление понижающееся в 1 направлении) 5) Седловина ( понижение между возвышенностями, напоминающее седло)

  В  зависимости от характеристики  рельефа местность подразделяется  на: равнинную, холмистую, горную. А по характеристики почвенно травянистого покрова на: лесистую, болотистую, степную, пустынную.

Ландшафт  и его морфологические части

Ранг природной территории	Порядковый номер	Основные диагностические признаки
Фация	1	Элементарные ПТК
Подурочище	2	Состоит из сопряженных фаций
Простое урочище	2	Состоит из сопряженных фаций
Сложное урочище	3	Состоит из подурочишь, простых урочищ, фаций
Местность	4	Состоит из сложных и простых урочищ
Ландшафт (биолокус)	5	Состоит из местностей

 

1) Фация – часть биотока, характеризуется особами климатическими условиями, видовым составом растительного и животного мира.

  Дополнительные  признаки – располагается в пределах 1 элемента мезоформы рельефа, реже в одной микроформе рельефа.

2)  Подурочище – часть урочища (водосборы 2-го и 3-го порядка).

          Дополнительные признаки – положение на 1 элементе мезоформы рельефа, одинаковых экспозиций с однотипными режимами тепла и увлажнения.

3)Простое урочище – имеет чёткие границы и представляет обособленную систему с характерными признаками (бассейны крупных рек и их притоки).

 Дополнительные признаки – положение на 1 мезоформе рельефа с дифференциацией литологических условий, режима тепла и увлажнения, почвенно растительного покрова.

4)Сложное  урочище – бассейны крупных рек, + прилегающие территории.

    Дополнительные признаки – совмещено обычно с 1 мезоформой рельефа.

5)Местность. Дополнительные признаки – совмещена с комплексом мезоформ рельефа в границах 1 ландшафта.

                      

Оценка экологической устойчивости агроланшафта

 

  Для лучшего визуального представления имеющихся на карте угодий я в соответствии с топографическими обозначениями и правилами раскрасил карту.

  Тёмно – зелёным цветом  обозначаем на карте леса, кустарники, защитные лесные насаждения, светло – зелёным цветом обозначены луга, пастбища, сенокосы, в светло – синий цвет окрашиваем реку; пески – в жёлтый, овраги – в тёмно коричневый, населённые пункты в серый, пашня обозначается светло – коричневым цветом. Только после этого можно приступить к оценке экологической устойчивости агроландшафта.

 

 

 

 

 

 

         

Расчет индекса экотонизации.

  Для экологической оценки устойчивости состояния ландшафта и его использования служит определённый показатель – индекс видового разнообразия (индекс экотонизации).

  Y= Σ Li/S, где Y-индекс видового разнообразия

                         Li- длинна соответствующего экотона

                          S-площадь территории агроланшафта

  Экотон – переходная полоса между визуально различными сообществами (например, между пашней и пастбищем, сенокосом и болотом). Обычно экотоны населены организмами значительно гуще, чем сами контактирующие сообщества. Чем больше индекс экотонизации, тем выше экологическая стабильность ланшафта.

Оценка индекса видового разнообразия.

Менее 5м/га – очень слабая экотонизация

5-10м/га –  слабая экотонизация

10-20м/га –  средняя экотонизация 

Более 20 м/га – высокая экотанизация

Таблица 1

№ п. п.		Названия экотона		Длина (м)
1		Граница пашни		4000
2		Граница лесных полос		58500
3		Граница садов		11
4		Граница рек		14625
5		Граница сенокосов		2675
6		Граница лугов		3625
	ИТОГО

 

Y= Σ Li/S

  Σ Li=109425 (м)

S=L*H

Где l – длинна карты

       H – ширина карты

L = 34.5*250= 8625м

H= 25*250= 6250м

S=8625*6250=5390.6250 (Га)

Y= 109425 / 5390, 625=20, 2 м/га

Вывод: На данной карте индекс видового разнообразия равен Y=20,2, что соответствует высокому уровню экотонизации, что означает, что ландшафт стабилен.

 

 

Расчёт коэффициента экологической  стабильности ландшафта (КЭСЛ – 1)

  Коэффициент экологической стабильности ландшафта (КЭСЛ – 1) показывает соотношение в агроландшафте сельскохозяйственных или иных угодий, которые обладают стабилизирующим и дестабилизирующим влиянием на агроландшафт.

  КЭСЛ-1=Σ  Fстаб./ Σ F дестаб.

  К стабилизирующим  угодьям относят площади, занимаемые стабильными элементами ландшафта: леса, защитные лесные насаждения, прибалочные, приовражные насаждения, луга, заповедники, заказники, естественные водоёмы и болота, кустарники, пастбища, сенокосы, пашня под многолетними культурами.

  К нестабильным  элементам ландшафта относят  площади под застройками и домами, зарастающие и заилённые водоёмы, места добычи полезных ископаемых, овраги, пашню под однолетними  культурами.

Оценка коэффициента экологической  стабилизации ландшафта (КЭСЛ – 1)

 

Менее или  равен 0,5 – ландшафт с ярко выраженной  нестабильностью

0,51-1 – ландшафт  нестабилен

1,01-3 – ландшафт  условно стабилен

3,01-4,5 – ландшафт  стабилен

4,51 – ландшафт  с ярко выраженной стабильностью

                                         Структура ландшафта

№	Наименование ландшафта	Площадь элемента  (га)
1	Сенокосы	1846,68
2	Пашня	2396,87
3	ЗЛН	83,21
4	Луга	875
5	ИТОГО	5201,76

Fcт. =2919га.

Fдест. =2537 га

КЭСЛ – 1 = Σ F cт. / Σ F дест. = 2919/2537=1,1

 

ВЫВОД: В данном примере коэффициент экологической стабилизации ландшафта равен 1,1. Это означает, что ландшафт условно стабильный.

 

Расчёт коэффициента экологической  стабильности ландшафта (КЭСЛ-2)

 

При учёте  стабильности ландшафта необходимо не только соотношение составляющих его биотических элементов, но и их качественное состояние: состояние рельефа, качество почвы, устойчивость материнских пород, состояние растительности и продуктивности биомасс. В наиболее полной степени такой подход реализуется при расчете коэффициента экологической стабильности ландшафта (КЭСЛ – 2).

КЭСЛ – 2= ((Σ * Pi* Кэз)* Кгу) / (Σ)

Pi- площадь биотического элемента (отдельных угодий);

Σ Pi (в знаменателе) – общая площадь агроландшафта;

Кэз – коэффициент  экологической значимости;

Кгу – коэффициент геоморфологической устойчивости агроландшафта.

 Коэффициент экологической значимости – коэффициент, характеризующий экологическое значение отдельных биотических элементов.

  Коэффициент экологической значимости (Кэз)

Лиственные  леса – 1

Застройки и  дороги – 0

Пашня – 0,14

Овраги – 0,05

Виноградники  – 0,29

Хвойные леса – 0,38

Сады, лесные культуры и лесополосы – 0,43

Огороды – 0,5

Луга, сенокосы, кустарники, балки – 0,62

Хвойно-широколиственные – 0,63

Пастбища  – 0,68

Водоёмы и  водотоки – 0,79

Пески – 0,1

  Коэффициент геоморфологической устойчивости рельефа (Кгу):

Устойчивые  материнские породы – 1 (стабильные)

Пески, оползни, овраги – 0,7 (нестабильные)

Коэффициент экологической стабилизации ландшафта (КЭСЛ–2)

Меньше или равен 0,33 – ландшафт нестабильный

0,34-0,5 – ландшафт  мало стабилен

0,51-0,66 – ландшафт  средней стабильности

Более 0,66 –  ландшафт стабилен.

Вычисления коэффициента КЭСЛ – 2

Название угодий	Площадь угодий	Кэз	Pi* Кэз
Дороги	11,5	0	0
ЗЛН	20,96	0,43	9,01
Населенные пункты	93,75	0	0
Пашня	4231,82	0,14	592,45
Сады	41,01	0,43	17,63
Реки	53,43	0,79	42,2
Сенокосы	260,15	0,62	161,29
Луга	706,25	0,62	437,87
Овраги	34,88	0,05	1,74
Водоемы	2,25	0,79	1,77
ИТОГО			1263,96

Вывод: Коэффициент КЭСЛ – 2 равен 0,2 значит ланшафт не стабильный.

 

Расчёт коэффициента эрозионной расчленённости территории.

Кэр. = L / Р,

Где L – общая длинна оврагов (в км)

Р – общая  площадь агроландшафта (в км² )

  Оценка коэффициента эрозионной расчленённости территории:

  Менее 0,2 – слабая расчлененность, состояние напряжённое, ухудшающееся экологическое состояние

  0,21-0,7 –  средняя расчленённость, состояние напряжённое, ухудшающееся экологическое состояние.

0,71-2,5 – сильная  расчленённость, чрезвычайное экологическое  состояние

Более 2,5 –  очень сильная эрозионная расчленённость, экологическое бедствие.

Вычисление коэффициента эрозионной расчлененности территории

L- 31,7 *250/1000=7,925

Р. – 54,56

Кэр = L / Р.= 7,925/54,56=0,14 км/м² 

Вывод: Коэффициент эрозионной расчленённости территории равен 0,14 , что соответствует слабой  расчлененности, состояние напряжённое, ухудшающееся экологическое состояние.

 

Расчёт процента защищенности пашни  защитными лесными насаждениями

 

1. Sз. = 30*Н*N*K
2. Z= (Sз/ Sn)* 100%,

Где Sз – площадь пашни, находящиеся под защитой лесных насаждений

30- коэффициент  дальности влияния защитных лесных насаждений

Н – средняя  высота защитных лесных насаждений (Н=15)

N – длина защитных лесных насаждений (м)

К – коэффициент  конструкции (К=1)

Sn-площадь пашни (м²)

Оценка процента защищённости пашни лесными насаждениями

Менее 15% - защищённость очень слабая

15-30% - слабая защищённость

31- 50% - умеренная  защищённость

51-75 % - средняя  защищённость

Более 75 % - высокая  защищённость

Sз = 30*15*11250=5062500

Z = (5062500/4231820)*100%= 11,9%

Вывод: Процент защищённости пашни лесными насаждениями равен 11,9% что соответствует очень слабой защищённости.

 

Определение степени распаханности территории

Шкала степени  распаханности 

Процент распаханности территории	Степень распаханности территории	Оценка экологической ситуации
До 10 %	Очень слабая	Удовлетворительное состояние
10-20%	Слабая	Удовлетворительное состояние
21-40%	Умеренная	Напряженное состояние
41-60%	Средняя	Напряженное состояние
61-80%	Сильная	Критическое состояние
Более 80%	Очень сильная	Критическое состояние

 

Вывод: В данном ландшафте процент распаханности территории составляет 77,5 % , что соответствует сильной распаханности и критическому экологическому состоянию.

Расчёт индекса антропогенной  преобразованности территории по Гофману

  Баллы антропогенной преобразованности территории

Основные экосистемы хозяйства	Ранг антропогенной преобразованности
Охраняемые территории	1
Лесные экосистемы	2
Залежные экосистемы	2
Сенокосы балки	4
Пастбища	5
Сады, кустарники, огороды	6
Пашня	7
Застройки до 5 этажей	8
Застройки свыше 5 этажей	9
Свалки оползни, пески, овраги	10
Реки	2
Болота	2
Дороги	8
Полезные ископаемые	10

 

       Шкала оценки степени антропогенной преобразованности территории

Индекс антропогенной преобразованности	Степень антропогенной преобразованности
100	Очень слабая
101-250	Слабая
251-400	Умеренная
401-550	Средняя
551-700	Высокая
701-900	Очень высокая
Более 900	Катастрофическая

Вычисление индекса антропогенной  преобразованности территории

Наименование угодий	Площадь (га)	Относительная площадь угодий, %	Ранг антропогенной преобразованности	Индекс антропогенного преобразования
Сенокос	269,3	4,99	4	19,96
Пашня	3943,75	73,15	7	512,05
Леса	770,5	14,29	2	28,58
Пастбище	75	1,35	5	6,75
Овраги	79,3	1,45	10	14,5
Застройки	93,75	1,76	8	14,08
Реки	76,3	1,44	2	2,88
Дороги	82,3	1,6	8	12,8
Итого	5390,62	100		611,6

 

Вывод: Антропогенная преобразованность территории высокая.

 

 

 

Расчёт экологического влияния  лесополос и сенокосов на окружающие угодья

 

Для определения  ширины благоприятной экологической  зоны вокруг какого – либо угодья по отношению к менее устойчивому угодью существует специальная формула расчёта:

B = ln P * 100/ ln (10/к), где

В – ширина зоны благоприятного экологического влияния (м)

Р – площадь  угодья (га)

К – коэффициент  экологического влияния (для лесополос – 2,29; для сенокосов – 1,71)

Лесные полосы:

B = ln (3,04)*100/ 1,47= 206,8

Вывод: Ширина зоны благоприятного экологического влияния составляет для лесных полос –206,8м, для сенокоса –315,9 м.

 

Коэффициент мозаичности

 

Расчёт коэффициента мозаичности производится по формуле:

M = B / S, где

В – количество ограниченных контуров, в единицах

S – площадь карты (км²)

Оценка  данного коэффициента:

До 0,5 – слабая мозаичность 

0,5 – 1 средняя  мозаичность 

Свыше 1 –  высокая мозаичность

 Вычисление  коэффициента мозаичности: 

В = 56 контуров

S = 54, 56

М = 56/54,56 = 1,0

Вывод: Судя по расчётам, мозаичность средняя.

 

Проектирование мероприятий по экологической оптимизации агроландшафта

 

      Для улучшения состояния почвы необходимо проводить горно-планировочных работ.

1. Разработка и внедрение эффективных способов обвалообразования с уменьшенным объемом планировочных работ ( плоское отвалообразование при бестранспортных систем разработки.
2. Создание и внедрение специальных машин и новой технологии работ по разравниванию, планировке, выполаживанию и террасированию откосов отвалов и уступов карьеров в процессе добычи полезных ископаемых.
3. Разработка и внедрение технологических методов и приёмов сокращения периода естественной стабилизации породных отвалов после их отсыпки.
4. Применение вариантов планировки поверхности отвалов с учётом их осадки и стабилизации.

      Основой же задач инженерной подготовки восстанавливаемых земель является выполнение определённого комплекса технических мероприятий, обеспечивающих эффективное проведение работ по рекультивации нарушенных земель в заданном народнохозяйственном направлении.

       В составе мероприятий по инженерной  подготовке восстанавливаемых территорий входят: отвод поверхностных вод, защита от подтопления и заболачивания спланированных отвалов, борьба с оврагообразованиеми и эрозией почвы, устройство дорог, подъездов и других сооружений, способствующих быстрейшему освоению рекультивируемых земель.

  Все  эти мероприятия необходимо осуществлять до развертывания основных работ по биологической рекультивации или строительному освоению территорий. Несвоевременное выполнение работ по инженерной подготовки отработанных площадей может значительно удлинить сроки выполнения основных работ.   

Отвод поверхностных вод  и защита рекультивируемых территорий от размыва, подтопления и заболачивания.

   При благоприятном рельефе отвод поверхностных вод осуществляется самотёком благодаря правильно созданному уклону поверхности. Для устройства простых гидротехнических сооружений необходимо иметь данные о поверхностном слое. Защита восстанавливаемых территорий от размыва, подтопления и заболачивания в значительной мере связана с образуемым рельефом отвальных площадей и глубиной залегания подземных вод в пределах рекультивируемых площадей, а также их режимом, изменением уровня и расхода во времени под воздействием тех или иных факторов.

Размыв  отвальных территорий зависит от их площадей, рельефа и от массы и скорости течения воды. При формировании отвалов необходимо создавать условия, предохраняющие откосы от водной эрозии. Это достигается путём устройства террас на откосов отвалов. Формирование отвалов с ровной поверхностью должно вестись в процессе эксплотации отвального хозяйства карьера.

При проектировании противоэрозионных мероприятий должно быть предусмотрено выполнение следующих главных требований:

1) В зонах водной эрозии – создание водоустойчивой поверхности почвы, регулирование стока талых и ливневых вод;

2) В зонах ветровой эрозии – создание ветроустойчивой поверхности почвы, уменьшение скорости ветра в приземной слое и сокращение размеров пылесборных  площадей.

             Важнейшими элементами системы мероприятий по защите рекультивируемых земель от водной эрозии являются:

1. противоэрозионная агротехника, обеспечивающая повседневную защиту почвенного слоя и повышение его плодородия при рекультивации земель;
2. лесомелиоративные мероприятия по борьбе с эрозией почв на восстанавливаемых землях;
3. Гидротехнические сооружения, предотвращающие размыв рекультивационного слоя и откосов отвала.

             Простым и доступным способом  агротехнических мероприятий по борьбе с водной эрозией является обработка почв поперёк склона. Она создаёт своеобразный микрорельеф пашни, в результате чего гребни, бороздки, ряды сельскохозяйственных культур препятствуют поверхностному стоку, способствуют проникновению воды в почву и повышают ее запас в пахотном горизонте, предотвращают смыв. Для уменьшения процессов смыва и для накопления влаги в почве на обрабатываемых склонах применяют крестование и бороздование зяби. Кротование способствует повышению содержания влаги, регулированию стока и предотвращению смыва почвы с рекультивированных земель. Значительную роль в борьбе с эрозией почвы играет использование удобрений. Применение органических и минеральных удобрений в сочетании с другими агротехническими приёмами оказывают большое влияние на почвообразовательные и биохимические процессы.

  Большое  значение в сдерживании эрозионных  процессов имеют почвозащитные севообороты, буферные полосы из многолетних трав, постоянное залужение или облесение эрозионных участков.

Методы  используемые при проектировании оптимального соотношения угодий:

Эволюционный метод – учитывает прошлую и современную агроэкологическую обстановку.

Метод природных аналогов – учитывает соответствии параметров агроландшафта естественным ландшафтом той же природной зоны и того же района. Это самый лучший метод.

Метод математического моделирования – основан на использовании дифференциальных уравнений и неравенств с ограничениями по определённым параметрам. Это второй по значительности метод.

Метод оптимизации – на максимум экологических, экономических и социальных факторов.

 

Противоэрозионные мероприятия

Их можно разделить на четыре группы:

- организационно – хозяйственные

- агротехнические 

- лесомелиоративные

- гидромелиоративные

Организационно – хозяйственные  мероприятия: правильная организация территорий с учётом экологических условий, технологий, техники, возделываемых культур и экономического потенциала хозяйства. Составления карты почвенно – эрозионного характера, на которую наносят выше указанные территории земель. Почвозащитные севообороты. Они включают: исключение пропашных культур ( подсолнечники, кукуруза), поскольку они слабо защищают почву от смыва; необходимо чередовать культуры, увеличивать посеве трав, особенно на склонах.

Агротехнические мероприятия: адаптивно – ландшафтное земледелие планирует проведение всех мероприятий только с учётом типов местности и все агротехнические мероприятия – только по горизонталям местности, параллельно основному направлению горизонталей. Регулирование снеготаяния. На склонах круче 2 град. Дополнительно вводится бороздование, обвалование, щелевание. Применение буферных полос, полосное расположение сельскохозяйственных культур по горизонталям. Необходимы такие мероприятия как залужение водопроводящих ложбин. Обработка почв поперёк склонов – она создаёт своеобразный рельеф пашни и препятствует поверхностному стоку, повышает запасы талой воды в пахотном горизонте.

Лесомелиоративные мероприятия – создание лесополос, водоохранных, лесных насаждений вокруг прудов и водоёмов. Создание сплошных лесопосадок на крупных склонов.

Строительство гидротехнических – к ним относится: водозадерживающие сооружения – валы, террасы, водонаправляющие валы, водосборных сооружений, быстротоки, перепады.

Защитные лесоразведкой - защитные лесные насаждения – это механическое препятствие на пути ветровых и водных потоков в виде лесных насаждений разнообразной конфигурации. Защитные лесные насаждения придают этим потокам новые аэродинамические и гидротехнические показатели. Вследствие этого, в агроценозах изменяется биоэнергетической режим.