Оценка устойчивости агроландшафта к антропогенному влиянию

ФГБОУ ВПО

Нижегородская государственная сельскохозяйственная академия

Кафедра агрохимии и агроэкологии

Курсовая работа

по сельскохозяйственной экологии

на тему: «Оценка устойчивости агроландшафта к антропогенному влиянию»

Выполнила: студентка 4 курса

факультета  почвоведения,            

 агрохимии и агроэкологии

136 группы

Климова Екатерина Владимировна

Проверил доцент, кандидат с/х наук :

Ветчинников Александр Александрович

Нижний Новгород

2014

Содержание

Введение…………………………………………………………………………...3

1.Исходная  характеристика……………………………………………………...5

1.1. Местоположение  хозяйства………………………………………….5

1.2. Общая  характеристика  агробиоценоза……………………………..6

1.3. Экспликация  земель………………………………………………….7

1.4 Уровень  развития  растениеводства  ………………………………... 7

1.5. Характеристика  изучаемого  севооборота………………………….8

2. Оценка устойчивости  почв к антропогенному воздействию………………12

          2.1. Показатели  устойчивости  почв  к  антропогенному  воздействию……………………………………………………………………...13

               2.1.1.  Почвообразующие  породы……………………………………13

               2.1.2. Рельеф……………………………………………………………14

     2.1.3. Запасы  гумуса  …………………………………………………14

     2.1.4 Кислотность……………………………………………………...16

     2.1.5. Степень насыщенности основаниями…………………………17

     2.1.6. Степень  сельскохозяйственной  освоенности………………..17

2.2. Оценка  устойчивости  почв  хозяйства…………………………….18

3.Оценка степени деградации…………………………………………………...20

          3.1.Деградация почв………………………………………………………20

         3.2.Определение степени и периода деградации…………………….….20

4.Возможности оптимизации  функционирования агроэкосистем……...……24

Заключение ………………………………………………………………………27

Список литературы………………………………………………………………29

Приложение

Введение

Сельскохозяйственная  экология – наука  о  факторах  внешней  среды, их  влиянии  на  организмы  культивируемых  растений  и  животных,  о  природных  комплексах,  преобразованных  деятельностью  человека  для  производства  экологически  чистой  продукции  растениеводства  и животноводства.

Возникновение  и  развитие  сельскохозяйственной  экологии  связаны  с  эволюцией  сельского  хозяйства,  освоением  земель.  Развитие  происходило  неравномерно. В  первой  половине прошлого столетия  были  достигнуты  большие  успехи  в  изучении  влияния условий  среды  на  рост  и  развитие  культурных  растений,  урожайность  сельскохозяйственных  культур. В  середине  прошлого  столетия  в  общей  и,  в  частности,  в  сельскохозяйственной  экологии  стали  преобладать  системные  исследования. Появились  фундаментальные  работы  по  изучению  аграрных  ландшафтов,  агробиогеоценозов,  пастбищных  и  фермерных  биогеоценозов.

В  Российской  Федерации  земли,  используемые  в  различных  хозяйственных целях,  находятся  в  неудовлетворительном  состоянии. Это  следствие  нерационального  природопользования,  значительного  сокращения  работ  по  охране  почв  и  земельных  ресурсов. Развитие процессов  деградации  обусловлено  действием  естественных  и  антропогенных  факторов. Антропогенным  факторам, несомненно,  принадлежит  ведущая  роль в  ухудшении  почв. К  ним  относят  нерациональное  ведение  земледелия,  уничтожение  почвенно-растительного  покрова  промышленным,  ирригационным   строительством,  сброс  сточных  и  дренажных  вод  и  т.д. для  каждой  проблемной  ситуации  необходимо  разрабатывать  и  реализовывать  соответствующие  решения,  с  учетом  особенностей  природных  комплексов.

Задачей  данной  курсовой  работы  является  оценка  устойчивости почв  к  антропогенному  воздействию,  умение  дать  оценку  степени  деградации  почв, оценку  продуктивности  агроэкосистемы  для  того,  чтобы предложить  возможности  оптимизации  функционирования  агроэкосистем.

1. Исходная  характеристика

1.1. Местоположение  хозяйства

Хозяйство  «Исток»  расположено  в  Сергачскомском  районе. По климатическим условиям (согласно данным агроклиматического справочника Нижегородской области и метеорологической станции в Сергаче) данный агрорайон наиболее тёплый, сумма активных среднесуточных температур (температур выше +100С) здесь составляет 2250- 23000С, а сумма температур выше 50С составляет 2500- 25500С. Средняя годовая температура здесь составляет 3,60 С, средняя температура июля составляет 19,20С, средняя температура января составляет -12,10С.

Последние весенние заморозки наблюдаются в первой половине мая (10.05), а первые осенние - в конце сентября (25.30.09); в отдельные года весенние заморозки наблюдаются в более поздние, а осенние - в более ранние сроки. Длина безморозного периода в среднем составляет 140 дней.

Продолжительность вегетационного периода с числом дней со среднесуточной температурой воздуха более +50С составляет 175 дней, и более +100С- 140 дней.

Среднегодовое количество атмосферных осадков в данном районе находится в пределах 450- 500мм. Данные о среднемесячных количествах осадков приведены в таблице 1. Часто бывают длительные разрывы в выпадении осадков и весенние - летние засухи, в отдельные годы - суховеи.

           Устойчивый снежный покров в данном районе образуется в среднем в период с 22 по 28 ноября. Продолжительность периода с устойчивым снежным покровом составляет в среднем 135 – 140 дней. Средняя глубина покрова составляет: в декабре  - 10см, в январе – 20 -22см, в феврале – 24-26см. Глубина промерзания почвы зимой: средняя – 85 -100см, минимальная – 58см, максимальная – 148см. Запасы воды в снеге на полевых участках составляют: средние многолетние – 90 -100мм, минимальные – 40-60мм, максимальные – 140-160мм. Гидролитический коэффициент для данного района составляет 1,1 – 1,2, то есть район находится в зоне достаточного увлажнения.

Таблица 1

1.2. Общая  характеристика  агробиоценоза

1.3. Экспликация  земель

.

Общая  площадь  землепользования  6825га

 в  т.ч.:

пашня  4412га

залежи  701га

сенокосы  376га

пастбища  562га

насаждения  27га

леса  431га

кустарники  14га

болота 44га

под  водой  75га

под  дорогами  и  прогонами  50га

под  постройками  37га

прочие  земли 94 га

Таблица 2

1.4 Уровень  развития  растениеводства  (в  среднем  за  пять  лет)

Таблица 3

1.5. Характеристика  изучаемого  севооборота

Тип  севооборота – полевой.

Оценка  урожайности

По озимым культурам урожайность характеризуется как высокая, по остальным зерновым– средняя.

Оценка  количества  удобрений

При  проведении  оценки  выяснилось,  что  органические  удобрения вносились в пару.

Внесение минеральных удобрений под озимую пшеницу было недостаточным (согласно норме 60-90-60). Основываясь  на исходных  данных  можно  сделать  заключение  по  соответствию  набора культур, возделываемых в хозяйстве, требованиям   температурного,  светового,  влажностного  факторам,  а  также  реакции  среды  и  условиям  корневого  питания.

 Физиологическое  действие  света  на  растения  осуществляется  прямо  (посредством  фотосинтеза)  и  влияет  косвенно  на  рост  и  развитие. Растения  длинного  дня  цветут  и  плодоносят    при  продолжительности  дня  не  менее  12  часов. К  ним  относятся  яровые  и  озимые  хлеба  первой  группы.

Общая  оценка  потребности   растений  в  тепле ведется  по  сумме  активных  температур  (выше  10ºС)  за  период  вегетации. Наряду  с  этим  показателем  для  оценки  отношения  культур  к  термическим  условиям  важно  учитывать  биологический  минимум  температуры  при  прорастании  семян.

Прорастание  семян  озимой пшеницы начинается  при  температуре  +1-2 º С, зернобобовых  культур – 1-3 º С. Можно  сказать,  что  требования  к  температурному  режиму для  культур,  возделываемых  в  данном  хозяйстве,  благоприятны  для  роста  и  развития  растений.

Ресурсы  продуктивной  влаги  для  растений  складываются  из запаса  влаги  в  почве  перед  посевом  и  количества  атмосферных  осадков,  выпадающих  на  ее  поверхность  за  год.

  Влагообеспеченность  зависит  от  гранулометрического  состава  почв  и  содержания  в  них  органического  вещества.

Гранулометрический  состав  определяет  водопроницаемость,  водоудерживающую  и  водоподъемную  способность. Почвы  данного  хозяйства  дерново-подзолистые с  легким  супесчаным  механическим составом,  поэтому  они  плохо  удерживают  воду,  но  будут  быстрее  прогреваться.

       Наиболее  благоприятна  для  роста  растений  плотность  почвы 1,10-1,25  г/см³, плотность  почв  хозяйства  (1,16-1,26 г/см³)  вполне  соответствует  этому  требованию.

Различные  растения имеют  неодинаковый интервал рН,  благоприятный  для  их  роста  и  развития и  обладают  разной  чувствительностью  к  отклонению  реакции  от оптимальной. Почвы  хозяйства  имеют   реакцию  среды  в  диапазоне  5,4-6,2. Таким  образом,  можно  сделать  вывод о  том,  что  почвы  хозяйства  по  кислотности  вполне  благоприятны  для  выращивания  выбранных  культур.

Значительное  влияние  на  рост  и  развитие  растений, на  их  химический  состав,  помимо  генетического  фактора, оказывают  экологические  условия. Избыток  тех  или  иных  химических  элементов  в  окружающей  среде  нередко  отрицательно  сказывается  на  качестве  продукции,  росте  и  развитии  растений.

Вследствие  антропогенной  деятельности  может   происходить  загрязнение  почвы  тяжелыми  металлами. Основным  источником  являются  выхлопные  газы  автотранспорта,  сельхозтехники. Повышенное  содержание  в  почве  тяжелых  металлов  может  сопровождаться  нарушением  деятельности  ферментов  в  растении,  снижением  содержания  витаминов,  замедление  роста  растений.

Загрязнение  почвы  тяжелыми  металлами  приводит  также  к  уменьшению  содержания  биологически  важных  веществ,  к  утрате  ее  плодородия,   к  снижению  урожайности  сельскохозяйственных  культур. Доступность тяжелых  металлов  растениям  зависит  от  кислотности  почвы,  ее  механического  состава,  содержания  в  ней  органического  вещества. С  увеличением  уровня  кислотности  возрастает  фитотоксичное  действие  металлов. Внесение  органических  удобрений  может  снизить  доступность  тяжелых  металлов  для  растений  в  результате  образования  труднорастворимых  комплексных  соединений.

Таким  образом,  следует  отметить,  что  необходимы  соответствующие  меры  по  предотвращению  загрязнения  почвы,  гидросферы  промышленностью,  техникой  и  автотранспортом.

При  проведении  агрохимических  исследований  важно  учитывать  баланс тяжелых  металлов  в  агроэкосистемах  с  учетом  всех  источников  их  поступления,  в  том  числе  и  из  атмосферы.  

2. Оценка устойчивости  почв к антропогенному воздействию

       Важной  характеристикой  почвенного  покрова  является  его  устойчивость  к  антропогенному  воздействию. Применительно  к агроэкосистемам  понятие  «устойчивость»  можно  обозначить  как  свойство  системы  сохранять  и  поддерживать  значения своих  параметров  и  структуры  в  пространстве  и  времени,  качественно  не  меняя  характер  функционирования.

Параметрами  устойчивости  агроэкосистемы  являются  функции,  режимы  и  свойства  почвы: структура,  организация  и  продуктивность  агрофитоценоза; структура  и  организация  микробного  сообщества; потоки  информации.

Оценка  устойчивости  почв  как  компонента агроэкосистемы  необходима  в  целях  прогнозирования  и  анализа  изменяющейся  в  ходе  хозяйственной  деятельности  человека  экологической  ситуации,  а  также  для  определения  допустимой  техногенной  нагрузки,  которая  не  повлияет на  эффективность  выполнения  почвенным  покровом  его  основных  экологических  функций.

Устойчивость – это  способность  возвращаться  после  возмущения  в  исходное  состояние  и  сохранять  производительную  способность  в  социально-экономической  системе. Для  почв  могут  выделятся  различные    виды  устойчивости: геохимическая – способность к  самоочищению  от  продуктов  загрязнения  и  снижению их  токсичности; биологическая – восстановительные  и  защитные  свойства  растительности; физическая  устойчивость  литогенной  основы (противоэрозионная  устойчивость).

Современные  методики  оценки  устойчивости  почв  к  антропогенному  воздействию  основаны  на  использовании  данных  экспериментальных  исследований.

Наибольший  интерес  представляет  оценка  интегральной  устойчивости,  которая  определяет  устойчивость  почв  ко  всему  комплексу  антропогенных  воздействий.

Для определения интегральной устойчивости почв  сельскохозяйственных  угодий  предлагается  следующая  система  оценок  в  баллах:

1) выбирается  ряд  показателей,  описывающих  изучаемый  объект  и  наиболее  рельефно  характеризующих  его  устойчивость  к  техногенезу;

2) показатели  ранжируются  в  порядке  усиления  их  роли  в поддержании  устойчивости;

3) для каждого  объекта  находится  сумма  баллов  по  всем  выбранным  показателям. Можно  использовать  систему  баллов  в  целых  числах  (0-4, 0-5  и т.п.), но  рекомендуется  проводить  нормирование  баллов  от  0 до  1 (0-0,25-0,50-0,75-1,0  и т.п.). 

На  основании  суммарной  бальной  оценки  почва  делится  на категории (от  крайне  неустойчивой  до  высокоустойчивой).

2.1. Показатели  устойчивости  почв  к  антропогенному  воздействию

2.1.1.  Почвообразующие  породы

Почвообразующие  породы  являются  одним  из  основных  факторов,  определяющих  устойчивость  почв  к  эрозионным  процессам,  усиливающимися  в  результате  деятельности  человека.

Наибольшая  устойчивость  свойственна  почвам,  сформированным  на  породах,  имеющих:

• хорошую  водопроницаемость,  снижающую  возможность  образования  интенсивного  поверхностного  стока (при  этом  следует  учитывать,  что  хорошая  водопроницаемость  свойственна  не  только  почвам,  сформированным  на  песчаных  отложениях,  но и  тяжелосуглинистым  хорошо  оструктуренным  почвам);
• высокую  степень  связанности,  обусловленную  присутствием   полуторных  окислов  и  карбонатов;
• определенный  гранулометрический  состав  с  преобладанием  мелкопылеватой  и  илистой  фракции,  в наибольшей  степени  благоприятствующий  формированию  прочной  структуры.

Почвы  хозяйства  являются  дерново-подзолистыми  супесчаными  на аллювиальных слоистых отложениях.

Почвообразующие  породы  ранжируются  на  5  категорий,  каждой  категории  присваивается  свой  балл. Почвообразующая  почва  хозяйства  входит  в  категорию,  которой  присваивается 2 балла,  то   есть  данные  почвы устойчивы  к  антропогенному  фактору.

2.1.2. Рельеф

Основной  характеристикой  рельефа,  определяющей  устойчивость  почвы  к  деструктивным  процессам  (главным  образом  к  водной  эрозии)  является  уклон  местности. При  возрастании  угла  наклона  соответственно  увеличивается  скорость  и  энергия  поверхностного  стока  (плоскостного и  линейного),  что  ведет  к  снижению  устойчивости  почвы. Рельеф  ранжируется  на  три  категории.

На втором, третьем и пятом полях территория слабоволнистая с уклонами, не превышающими 3º,  оценка  устойчивости – 2 балла. На первом и четвертом полях территория средневолнистая с  уклонами  3-10º,  оценка  устойчивости  почв – 1 балл.

2.1.3. Запасы  гумуса  в слое  0-20  см

Высокое  содержание  гумуса  является  основным  фактором,  определяющим  оструктуренность  почвы,  богатство  ее  элементами  питания,  оптимальные  водно-физические  свойства,  что  снижает  ее  подверженность  водной эрозии. 

Гумус  обладает  феноменальной,  в  сотни  раз  большей,  чем  у  равного  по  массе  количества  глины, способностью удерживать  воду  и  питательные  элементы. Положительное  влияние  запаса  гумуса  проявляется  и  в  экстремальных  ситуациях:  в  засушливые  периоды  благодаря  повышенной  влагоемкости  высокогумусированных  почв,  а  при  химическом  загрязнении  почв – благодаря  высокой  сорбционной  способности  органических  веществ.

При  сельскохозяйственном  использовании  почв  большое  значение  имеют также  энергетические  и  экономические  аспекты  проблемы,  так  как  гумусовое  состояние  почв  в  значительной  мере  определяет  затраты  механической  энергии  на  обработку  почв. Данный  показатель  ранжируется  на  6  категорий.

                                  Расчет  запаса  гумуса  в  слое  0-20  см

Поле №1.

mпах.сл. = S × h × g, где

S - площадь, м2;

h – глубина пахотного слоя, м;

g – плотность пахотного горизонта, т/м3.

mпах.сл = 10000 × 0,20 × 1,24 = 2480 т

100 кг почвы - 1,2 кг гумуса

2480000 кг почвы - х кг гумуса

Х = 24800000 × 1,2 / 100 = 2980 кг/га, запас гумуса 29,8 т – это соответствует 2 баллам.

Поле №2.

mпах.сл = 10000 × 0,20 × 1,32 = 2640 т

100 кг почвы - 1,4 кг гумуса

2640000 кг почвы - х кг гумуса

Х = 2640000 × 1,4 / 100 = 36960 кг/га, запас гумуса 36,96 т – это соответствует 2 баллам.

Поле №3.

mпах.сл = 10000 × 0,20 × 1,36 = 2720т

100 кг почвы – 1,2 кг гумуса

2720000 кг почвы - х кг гумуса

Х = 2720000 × 1,2 / 100 = 32640кг/га, запас гумуса 32,64 т – это соответствует 2 баллам.

Поле №4.

mпах.сл = 10000 × 0,20 × 1,13 = 2260 т

100 кг почвы – 2,8 кг гумуса

2260000 кг почвы - х кг гумуса

Х = 2260000 × 2,8 / 100 = 63280 кг/га, запас гумуса 63,28 т – это соответствует 4 баллам.

Поле №5.

mпах.сл = 10000 × 0,20 × 1,34 = 2680 т

100 кг почвы – 1,0 кг гумуса

2680000 кг почвы - х кг гумуса

Х = 2680000 × 1,0/ 100 = 26800 кг/га, запас гумуса 26,8 т – это соответствует 2 баллам.

По запасам гумуса  почвам хозяйства в целом  присваивается 2  балла,  так  как  запасы  гумуса  на 4 полях из пяти находятся в рамках 20-40 т/га и лишь на 4 поле - 63, 28 т, что соответствует 4 баллам.

2.1.4 Кислотность.

Почвы,  имеющие  высокую  степень  кислотности,  обусловленную  как  условиями  почвообразования,  так  и  антропогенным  воздействием,  значительно  отличаются  от  почв  с  нейтральной  реакцией  среды.

Наиболее  значимыми  отличиями  кислых  почв  являются  более  слабая  оструктуренность  и  связность,  высокая  скорость  выщелачивания  биогенных  элементов  и  большие их  потери,  слабое  развитие  почвенного  покрова,  высокая  подвижность  ионов  тяжелых  металлов  и микроэлементов,  а  также некоторые  другие  неблагоприятные  особенности,  что  в  целом  обуславливает  невысокую  устойчивость таких почв  к  техногенным  процессам.

Кислотность  почв ранжируется  на  три  категории [7].

2  балла присваивается полю № 2,  так  как  значение  рНксl находится  в  инервале  более 5,5, остальным полям  - 1 балл.

2.1.5. Степень насыщенности основаниями.

Степень  насыщенности  почв  основаниями  тесно  связана  с  такими  почвенными  характеристиками,  как  реакция  среды,  степень  оструктуренности,  устойчивость  почвенного  поглощающего  комплекса,  биологическая  активность  и  некоторыми  другими. Увеличение  значения  данного  показателя  оказывает  благоприятное  воздействие  на  устойчивость  почв.

Данный  показатель  ранжируется  на  5 категорий (табл.)[7].

4 балл по степени насыщенности  почв основаниями имеет первое  и четвертое поля. Второе и  третье оценивается в 3 балла. Пятое  поле характеризуется 2 балом.

2.1.6. Степень  сельскохозяйственной  освоенности.

В  связи  с  тем,  что  сельскохозяйственное  освоение  территории чаще  всего  ухудшает  свойства  почв  (потеря  гумуса,  развитие  эрозионных  процессов,  подкисление  и  т.п.),  данному  показателю  целесообразно  присвоить  отрицательный  балл.

Показатель  ранжируется на  3  категории (табл.) [7].

Первое поле хозяйства относится к третьей категории – высокоокультуренные, с высоким уровнем применения органических (более 10 т/га) удобрений. Данному полю присваивается -1 балл.

Второе и третье поле среднеокультуренные, со средним уровнем насыщенности минеральными удобрениями, -2 балла.

На четвертом и пятом поле ни органические, ни минеральные удобрения не вносились, поэтому по степени освоенности эти поля не оцениваются.

2.2. Оценка  устойчивости  почв  хозяйства.

Показатель  устойчивости  определенного  участка  почвенного  покрова  оценивается  путем  суммирования   баллов  по  всем  анализируемым  показателям,  с  учетом  чего  выделяют  отдельные  категории  почв  с  различной  интегральной  устойчивостью.

Для характеристики устойчивости почв хозяйства в целом можно использовать средневзвешенный балл устойчивости, рассчитываемый по формуле:

Б = [(б1 * S1) + (б2 * S2) + (б3 * S3) + … + (бn * Sn)] / S,

где    Б – средневзвешенный балл устойчивости;

б1,2,3…n – интегральные баллы устойчивости по отдельным полям хозяйства;

S1,2,3…n – площади отдельных полей;

S – суммарная обследуемая площадь.

Таблица 4

Сводная ведомость оценки почвенного покрова по показателям, определяющим его интегральную устойчивость