Проблемы восстановления биологических свойств почвы Юго-Западной части Центрального региона России

б) нарушать трофические цепи беспозвоночных

в) неблагоприятно влиять на развитие популяций этих животных.

Особую опасность для почвенной биоты представляют тяжелые металлы, характеризующиеся сильным токсичным действием, неограниченной устойчивостью во времени и передающиеся по трофическим цепям с выраженным кумулятивным эффектом. Картина воздействия тяжелых металлов на комплекс почвенных микроорганизмов представляется следующей. В почвах, где содержание тяжелых металлов превышает фоновое в несколько (до 5-10) раз, изменения в запасах биомассы, активности микробиологических процессов и видовой структуре микробных сообществ четко не выражены. Можно обнружить как некоторое снижение, так и стимуляцию интенсивности биохимических процессов и повышение численности КОЕ микроорганизмов.

Диапазон этих изменений, как правило, не превышает их варьирование в почвах под влиянием естественных экологических фактов ров. Дальнейшее повышение содержания тяжелых металлов приводит к достоверному снижению активности многих микробиологических процессов (азотфиксации, нитрификации, денитрификации, дыхания), разложения различных органических соединений и ферментативной активности почв. Начинает меняться видовая структура активно функционирующих микробных сообществ. Высокую чувствительность к загрязнению почвы тяжелыми металлами проявляют часто актиномицеты, олиготрофные микроорганизмы, азотобактер и липомицеты. Возрастает доля закиси азота, одного из парниковых газов, среди продуктов восстановления нитратов у денитрификаторов. (Ковда, 1983)

При контаминации металлами на два порядка выше фонового происходит нарастание негативных изменений в функционировании и структуре микробного комплекса почв. Снижаются запасы микробной биомассы, дыхание почвы, резко сокращается спектр утилизируемых микроорганизмами субстратов, упрощается структура комплексов бактерий, актиномицетов, грибов и микробных сообществ, возрастает количество пигментированных форм и преимущественное развитие часто получают токсинообразующие виды. Отмечается усиление фитоотоксической активности у микромицетов, изолированных из загрязненных тяжелыми металлами (свинцом) почв, в сравнении с штаммами, выделенными из контрольной почвы. (Ковда, 1983)

При содержании тяжелых металлов на три порядка выше по сравнению с фоном ингибируются развитие типичных для этой почвы микроорганизмов и активность многих биологических процессов, функционировать в почвах способно только ограниченное число микроорганизмов, резистентных к данному поллютанту.

Выделяют три типа адаптивных реакций микробного комплекса на загрязнение почвы тяжелыми металлами. Зона гоместаза - диапазон концентраций поллютанта, при которых существенно не меняется структура сообществ и функционирование микробиоты; зона стресса, соответствующая тем концентрациям металла, при которых меняется структура сообществ, снижается активность микробиологических процессов и нарушаются цепи первичного и вторичного метаболизма; зона резистентности - диапазон концентраций металла в почве, когда развиваются только устойчивые к данному поллютанту микроорганизмы. Выделяют также зону репрессии, когда содержание металла столь высоко, что ведет к подавлению жизнедеятельности микроорганизмов в почве и их гибели.

Влияние радионуклидного загрязнения сказывается на уменьшении видового разнообразия групп организмов.

Это приводит к нарушению естественного равновесия между основными группами организмов и нарушению почвенных процессов. Последствием радиации, например, может быть нарушение процессов деструкции органических веществ. Это связано с тем, что более подвижные группы, активно перерабатывающие почву и растительный опад (в первую очередь это касается дождевых червей), гибнут. Другое важнейшее отрицательное последствие загрязнения - возможность накопления радионуклидов в пищевых цепях. Это может проявляться у многих животных при потреблении ими загрязненной пищи. Имеются и примеры непосредственного накопления радионуклидов в трофических цепях человека через почвенную биоту аналогично аккумуляции тяжелых металлов. Так, установлено, что основная масса выпадающих радиоактивных осадков концентрируется в подстилке. Мицелий многих грибов активно развивается именно в подстилке и может аккумулировать радионуклиды, которые по системе гиф поступают в плодовые тела грибов, используемые человеком в пищу. Уровень накопления не находится в прямой зависимости от дозы воздействия и определяется многими факторами: зависит от радионуклида, типа почв, характера фитоценоза, видов грибов и т. д.

6. Восстановление биологических свойств почвы

Показанные выше процессы деградации почв обусловлены, прежде всего, нерациональным их использованием. Значительный экологический ущерб почвенному покрову и почвам был нанесен широкомасштабными земледельческими экспансиями и экстенсивным хозяйствованием.

В период техногенной интенсификации спектр негативных экологических последствий значительно расширился. На первый план вышли проблемы загрязнения окружающей среды, усиленные влиянием отходов и выбросов промышленности и энергетики на ландшафты.

Понимание глобальной экологической опасности наступило в первую очередь в наиболее развитых странах. Оно пришлось на расцвет агротехнологической революции 70-80-х годов XX в. Следует подчеркнуть, что в это же время активизировались различные формы общественного протеста против экологических рисков интенсификации, в особенности пропаганда альтернативных вариантов земледелия, в частности, органического, биодинамического, которое было основано Р. Штайнером еще в 20-30-х годах.

Эти формы не получили широкого развития, заняв некую нишу, но оказали влияние на поиск оптимальных путей развития земледелия, интегрирующих различные средства (химические, биологические и др.) при усилении природоохранной деятельности. В результате в западноевропейских странах при возрастающей урожайности и повышении качества продукции существенно сократились расход удобрений на единицу продукции и риск загрязнения окружающей среды.

В Англии, Франции, Германии превзойден рубеж средней урожайности зерновых 8 т/га и в то же время принимаются действенные меры по экологизации сельского хозяйства, включая ландшафтный дизайн. Государство ведет активную агроэкологическую политику, дотируя и производство продукции, и различные мероприятия по облагораживанию агроландшафтов.

В США усилиями правительственных организаций за последние годы выведено из активного сельскохозяйственного оборота более 20 млн. га пахотных земель, ранее подвергшихся эрозии.

При высоких темпах интенсификации земледелия этих стран сокращаются экологические риски за счет повышения наукоемкости и соответственно точности агротехнологий и адаптированности их к агроэкологическим условиям.

В странах с менее развитой экономикой экологические риски интенсификации усиливаются, возрастают экологические издержки производства. В России сильно затянулся период экстенсивного земледелия, ориентированного на эксплуатацию естественного плодородия почв, а интенсификация осуществлялась в специфичных директивных, кампанейских формах, отличавшихся высокой затратностью, низкой эколого-экономической эффективностью.

На таком фоне постоянно фигурируют понятия экологизации, биологизации с очень противоречивыми, часто односторонними трактовками. Неопределенно звучит термин «интенсификация», нередко не лишенный двусмысленности, негативного подтекста, хотя потенциал продуктивности земледелия в России реализован едва ли на треть.

В чем же заключается сущность современных представлений экологизации и интенсификации земледелия? Как они соотносятся?

Очевидно, ответ на этот вопрос может быть дан с позиций новой парадигмы природопользования. В новом понимании природопользование рассматривается как удовлетворение потребностей общества путем использования различных видов природных ресурсов и природных условий, имеющее ограничения экологического, экономического, социального и этического характера. Это определение отличается от традиционных отчетливо выраженным экологическим императивом, под которым подразумевают требования и правила охраны окружающей среды, вытекающие из необратимости наступления вредных последствий для человека и окружающей среды, невосполнимости или трудной восполнимости природных ресурсов в результате деятельности человека. Экологический императив обозначает ту границу допустимой активности человека, которую он не имеет права переступить ни при каких обстоятельствах.

Достижение гармонии между производительными и экологическими функциями сельскохозяйственного ландшафта определяет процесс экологизации земледелия. В общем виде экологизация земледелия означает приведение его в соответствие с экологическими законами. (Ториков, 1999)

В числе конкретных задач экологизации земледелия на первый план выходят: сохранение и восстановление биоразнообразия; размещение сельскохозяйственных культур в соответствии с агроэкологическимй условиями, оптимизация соотношения природных и различных сельскохозяйственных угодий, гармонизация животноводства и земледелия; создание оптимальной инфраструктуры агроландшафтов с учетом энергомассопереноса; повышение экологической устойчивости агроценозов; оптимизация биологического круговорота веществ в агроландшафтах, в особенности в системе ферма - поле - луг; повышение роли биологического азота за счет увеличения доли бобовых культур и стимулирования процессов азотфиксации; регулирование поверхностного стока, гидрогеологического и гидрологического режимов в пределах устойчивости агроландшафтов и сопредельных природных ландшафтов; поддержание поверхности почвы под покровом растений и растительных остатков, мульчирование; сокращение механических воздействий на почву, создание условий для биологического саморыхления; оптимизация структуры и функционирования агроценозов с учетом биоценотических связей; регулирование численности вредных организмов и полезных энтомофагов с использованием биологических средств и химических препаратов, близких по своим свойствам к природным соединениям. (Ступин, 2009)

На практике эти задачи решают путем освоения адаптивно-ландшафтных систем земледелия, которые разрабатывают с учетом общественных потребностей, рынка сельскохозяйственной продукции применительно к различным категориям агроландшафтов, производственному потенциалу, хозяйственным укладам. В них детально учитываются агроэкологические требования растений и соответствие этих требований агроэкологическим условиям, почвенно-ландшафтные связи и энергомассоперенос.

Заключение

Достигнутый в последние годы прогресс в развитии адаптивно- ландшафтного земледелия, появившиеся возможности адекватного геоинформационного обеспечения, применения ГИС-технологий позволяют реально развивать эту проблему в терминах конструирования агроландшафтов.

Адаптивно-ландшафтные системы земледелия реализуются пакетами агротехнологий, приуроченных к различным агроэкологическим типам земель и уровням интенсификации производства. В интенсивных и, особенно, высоких агротехнологиях ставится задача последовательной оптимизации всех регулируемых лимитирующих факторов, максимально возможного использования ФАР, тепла, влаги и генетического потенциала сортов растений. Применение высоких технологий сводит к минимуму экологические риски химического загрязнения по сравнению с интенсивными агротехнологиями и предотвращает деградацию почв и ландшафтов по сравнению с нормальными и тем более экстенсивными агротехнологиями. В первом случае это происходит благодаря применению сортов растений, устойчивых к вредным организмам (в том числе трансгенных), и соответственно сокращению химических обработок, использованию высокоэффективных биопрепаратов, точному внесению под растения и на растения агрохимических средств, повышению роли биологического азота в азотном балансе агроценозов. Во втором случае важное значение имеют сокращение уплотняющего воздействия на почву движителей машин благодаря постоянной технологической колее, обогащение почвы растительными остатками вследствие повышения продуктивности агроценозов, регулирование почвенных режимов. (Ступин, 2009)

Таким образом, адаптивно-ландшафтный подход к развитию земледелия и повышение наукоемкости агротехнологий позволяют в значительной мере преодолеть традиционные противоречия между интенсификацией и экологизацией земледелия и сельского хозяйства в целом. При этом, разумеется, интенсификация должна быть адаптивной и рассматриваться в рамках экологического императива. С этих позиций применение минеральных удобрений представляется как средство регулирования биохимического круговорота веществ в агроландшафтах, а оросительные и осушительные мелиорации рассматриваются как средства оптимизации агроландшафтов по гидрологическим и другим условиям лесомелиоративных, агротехнических и другими средств.

Экологизация земледелия разворачивает вектор интенсификации от «достигнутых высот преобразования природы» к сотрудничеству с ней, к приближению антропогенных процессов к природным. Это отнюдь не примитивный возврат в далекое прошлое. Речь идет о качественно новом информационном уровне формирования наукоемких агротехнологий. Пример тому - глобальная тенденция минимизации почвообработки. Она развивается в направлении противоположном тому, которое складывалось веками. Теперь чем интенсивнее aгpотехнология, тем меньше механическое воздействие на почву вплоть до прямого посева без обработки. Полнота достижения такого состояния будет зависеть от совершенствования способов избирателъного регулирования численности вредных организмов при минимальном использовании пестицидов и снижении их токсичности, а также от содействия развитию полезной мезофауны и микроорганизмов. (Караванова, 2009, Ступин, 2009)

Находясь в системном взаимодействии, главные элементы агротехнологий имеют общие функции воздействия на факторы, определяющие продуктивность земледелия. Например, севообороты и системы обработки почвы несут функции регулирования водного режима почв, их структурного состояния, фитосанитарных условий, защиты почв от ветровой и водной эрозии, регулирования режима органического вещества и биогенных элементов.

В одних случаях та или иная функция может быть усилена соответствующим выбором севооборота, в других - системы обработки почвы. При этом важнейшую роль играют системы удобрения и защиты растений. Помимо их прямого влияния на отдельные факторы производительности и агроэкологического состояния земель, они оказывают опосредованное воздействие на все факторы через выбор севооборота и системы обработки почвы.

Особую роль в интенсификации и экологизации агротехнологий играют удобрения. Без них невозможны освоение почвозащитных систем обработки почвы, оптимальных севооборотов, получение качественной продукции, не говоря уже о повышении урожайности. Удобрения являются тем самым локомотивом, который толкает всю систему земледелия.

земледелие почва деградация

Список использованной литературы

1. Вальков В.Ф., Казеев К.Ш., Колесников С.И. Почвоведение.- СПб.: ООО «Издательство «Юрайт», 2013.-223 С. (Кирюшин, 2013)

2. Ганжара Н.Ф. Почвоведенье.- М.: Агроконсалт, 2001. - 392 С.

3. Добровольский Г.В. География почв: учебник- М.: Изд-во МГУ им. М.В. Ломоносова, 1985. - 224 С.

4. Караванова Е.И. Оптические свойства почв и их природа. - М.:МГУ, 2009. - 151 с.

5. Кирюшин В.И. Агрономическое почвоведение. - СПб.: ООО «Квадро», 2013.-678 С.

6. Классификация и диагностика почв России. - Смоленск: Ойкумена, 2004. - 343 С.

7. Ковда В.А. Основы учения о почвах. - М.: Наука, 1973. - 568 С.

8. Ковда В.А. Почвенный покров, его улучшение, использование и охрана. - М.: Наука, 1981. - 182 С.

9. Кореньков Д.А. Минеральные удобрении при интенсивной технологии. -М.: Росагропромиздат, 1990.-192 с.

10. Посыпапов Г.С. Растениеводство - М: Колос, - 1997.

11. Практикум по почвоведенью/ под редакцией Кауричева. - М: Агропромиздат, 1986. - 336 с.

12. Розанов Б.Г. Морфология почв. - М.: Изд-во МГУ им. М.В. Ломоносова, 1979. - 287 С.

13. Рыбалкин П.Н. Пути совершенствования систем земледелия Краснодарского края.-Краснодар, 1997. -С. 111.

14. Соколова Т.А., Трофимов С.Я. Сорбционные свойства почв. Адсорбция. Катионный обмен: учебное пособие по некоторым главам химии почв. - Тула: Гриф и К, 2009. - 172с.

15. Смирнов Н.Д. Минеральные удобрения и их применение. - М.: Гос. изд. С.-х. литературы, 1960. - -С. 94.

16. Ступин Д.Ю. Загрязнение почв и новейшие технологии их восстановления: Учебное пособие. - СПб.: Издательство «Лань», 2009. - 432 С.

17. Ториков В.Е. Сорт, агротехника, урожайность и качество зерна озимой пшеницы Нечерноземья. - Брянск, 1999 - 214 с.

18. Трофимов С.Я., Караванова Е.И. Жидкая фаза почв: учебное пособие по некоторым главам курса химии почв - М.:МГУ, 2009. - 73 с.

19. Школьник М.Я. Микроэлементы в жизни растений. - Л.: Наука, Ленинградское отделение, 1974. - 324с.

20. Щукин В.Б. Громов А.А. Влияние микроэлементов, физиологически активных веществ и биопрепаратов на продуктивность посевов и качество зерна озимой пшеницы/Зерновое хозяйство. - 2004. - № 5 С. 16-18.

Размещено на Allbest.ru