Экология сельскохозяйственных районов
Сельскохозяйственные районы весьма различны по природным условиям, типам землепользования и степени освоения. Тем не менее, экологические проблемы в них имеют много общего. Это связано со следующими обстоятельствами:
Охватом антропогенными нагрузками больших площадей, иногда практически на 100%;
Малой лесистостью и небольшими площадями лугово-степных участков;
Значительной обнаженностью, дефдированностью и эродированностью почвенного покрова;
Преобладанием определенных видов загрязнения в почве, воде и грунтах, связанных с удобрениями.
Перечисленные обстоятельства свидетельствуют о специфике экологического состояния сельскохозяйственных районов, о правомерности выделения “агроэкологического” типа оценок территории.
Основной аспект агроэкологической оценки – анализ условий развития сельскохозяйственных растений: их роста, фенологии, урожайности, отношения к удобрениям, болезням, сезонным изменениям условий тепла и влаги – морозам, заморозкам, засухам, переувлажнению. Экологические условия сельскохозяйственных угодий наиболее изменчивы на площадях богарного, неполивного земледелия. Более стабильны они в зонах орошения, где мероприятия по мелиорации ослабляют влияние внешних условий.
При региональной оценке районов сельского хозяйства важно определить степень устойчивости экосистем к антропогенным нагрузкам. Устойчивость повышается от песчаных грунтов к глинистым, от щелочных почв к кислым, при снижении континентальности климата, нарастании годового увлажнения и увеличении биологической продуктивности фитоценозов – как естественных, так и культурных.
Большая устойчивость угодий западных и северо-западных районов России к антропогенным нагрузкам не всегда имеет решающее значение для экологического состояния. Дело в том, что этим районам характерны более интенсивные типы землепользования, большие дозы вносимых удобрений. Максимальная интенсификация хозяйства характерна для территорий, прилегающих к крупным городам и к промышленным зонам (Москва, Санкт-Петербург), которых также больше в западных районах. Очевидно, объективная оценка экологического состояния возможна лишь при равном учете природных и экономических факторов.
Кардинальные изменения природной среды сельскохозяйственных районов обусловлены тем, что на площадях угодий меняются потоки вещества, нарушается твердый, жидкий и растворенный сток. Уничтожение лесов увеличивает смыв почвы, твердый сток рек, приводит к заилению русел, водохранилищ, пойменных массивов. Расходы водотоков при сокращении лесных площадей на 10% снижаются в среднем на 5%. Активная миграция элементов по склонам, их быстрое поступление в водоемы с одновременным сокращением стока приводит к сильному загрязнению поверхностных вод. Это загрязнение может быть токсичным, поскольку такие опасные элементы, как кадмий, ртуть, стронций, свинец, цинк, относятся к наиболее подвижным в большинстве видов почв.
Прилегающие к крупным населенным пунктам сельскохозяйственные районы на площадях в сотни квадратных километров испытывают на себе влияние промышленного загрязнения. Наибольшую роль здесь играет загрязнение серой, которая в виде сернистых соединений легко разносится воздушными потоками. В нормально увлажненных нейтральных почвах влияние этого вида загрязнения невелико, но в кислых оно усиливает подкисление. На переувлажненных почвах, особенно на поймах, это может привести к резкому закислению после осушения.
Основные изменения почв в земледелии связаны с механическим воздействием на нее и с внесением удобрений. Вспашка меняет профиль почвы, разрушает структуру, приводит к обеднению верхних горизонтов, способствует усилению водной эрозии и дефляции. Наряду с рыхлением идет и уплотнение почвы.
Велико также значение органических и минеральных удобрений, мировое потребление которых – около 90 млн. т в год. Удобрения не только компенсируют вынос из почвы азота, фосфора и калия, но нередко оказываются избыточными, заражают подземные и поверхностные воды. Это имеет место главным образом в развитых странах, где вносится более 100 кг/га. В развивающихся странах этот показатель в 5 раз ниже.
Получение высоких урожаев в настоящее время невозможно без использования различных ядохимикатов для защиты растений – пестицидов, потребление которых превышает 4 млн. т/год. Однако сейчас их использование сокращается в связи с приспособлением к ним многих вредителей, гибелью почвенных микроорганизмов, заражением овощных культур и накоплением ядовитых веществ в поверхностных водах, донных осадках водоемов, организмах животных и человека.
Чрезмерные антропогенные нагрузки приводят к напряженной экологической обстановке во многих районах сельскохозяйственного освоения. Одним из примеров этого может служить Харьковская область. Из 3140 тыс. га площади области сельхозугодьями занято 2314 тыс. га, т. е. более 70%. Средняя лесистость – 10,5% при оптимальной примерно 20%. Эродированные земли – 1700 тыс. га, нарушенные – 3,2 тыс. га. Удельный вес эродированных и эрозинноопасных земель в общей площади земель приближается к 90%, нарушенных к 0,5%, засоленных к 11-12%. 95% общего объема сточных вод загрязнено и может использоваться для хозяйственно-бытового и технического водоснабжения только после очистки. Оценка территории Харьковской области по состоянию компонентов природной среды показала, что из 25 районов неблагоприятное состояние поверхностных вод (сильное загрязнение) наблюдается в 5, растительности – в 12 и земель – в 17 районах. 7 районов, включая г. Харьков, отнесены к неблагоприятным в результате комплексной оценки экологического состояния природной среды.
Загрязнение почв
Обрабатываемые земли – результат сложных естественных процессов и многовекового труда людей. Поэтому качество почв зависит от длительности возделывания земли и культуры земледелия. Вместе с урожаем человек изымает из почвы минеральные и органические вещества, тем самым обедняя ее. Поэтому появилась необходимость пополнять запасы этих веществ, внося в почву удобрения. Но при этом следует помнить, о рационализме. Удобряя и обрабатывая почву, соблюдая последовательность культур в севооборотах, человек может повысить плодородие почвы настолько, что большинство возделываемых почв стали искусственными, т.е. созданными при участии человека. Таким образом, в одних случаях воздействие человека на почву может приводить к повышению ее плодородия, в других – к ухудшению, деградации и гибели.
Интенсификация сельского хозяйства, создание крупных агропромышленных и животноводческих комплексов, широкий размах мелиоративного строительства и химизации сельскохозяйственных угодий в целях устойчивого наращивания продовольственного фонда страны требуют особенно внимательного и бережного отношения к почве, как к средству производства и условий существования. Охрана почв, их рациональное использование имеют первостепенное значение для экономического и социального развития страны. Значение современного состояния почвенных ресурсов, их рациональное использование, бережное отношение к ним послужат приумножению их плодородия.
1. Химизация сельского хозяйства:
Наибольшей буферной емкостью и способностью снижать негативное влияние загрязняющих веществ на растительные и животные организмы обладают почвы с высоким содержанием гумуса, с тяжелым гранулометрическим составом, высокой емкостью поглощения, обогащенные известковыми материалами (карбонатами). К таким почвам относятся наиболее плодородные черноземы, некоторые рендзины, пойменные земли. Это придает почвам естественную устойчивость к воздействию химических загрязняющих веществ и позволяет получать высокие и качественно полноценные урожаи важнейших сельскохозяйственных культур даже в промышленно развитых регионах.
К сожалению, природная сопротивляемость почв, их естественная буферность не беспредельны. Согласно подсчетам Б. Г. Розанова и других ученых по разным причинам в мире было потеряно оимпак54коло двух миллиардов гектаров сельскохозяйственных почв. Потери земель, вызванные только ирригацией, за последние триста лет составили около ста млн. га, и примерно такая же площадь сейчас занята почвами с пониженной продуктивностью, вследствие засоления. Очень велики потери гумуса, от которого зависят практически все важнейшие свойства почв и их устойчивость к неблагоприятным ситуациям. По видимому, за период земледельческой культуры почвенный покров утратил до 15% исходного запаса органических веществ. Причем эти негативные явления особенно быстро протекают в последние десятилетия. Так, скорость потерь гумуса за последние пятьдесят лет примерно в два с половиной раза превышала таковую на протяжении последних трехсот лет, а среднеисторическую скорость потерь гумуса – примерно в двадцать четыре раза.
Загрязнение почв тяжелыми металлами имеет разные источники, одним из таких источников является сельское хозяйство, а именно те средства химизации, которые оно применяет.
В наши дни земледельцы стремятся к большей производительности и обычно не учитывают природных круговоротов азота и минеральных веществ. В почву поступает очень мало натуральных органических отходов, а значит содержание в ней минеральных веществ и гумуса сокращается и ее плодородие снижается. Чтобы увеличить урожаи, земледельцы вносят в почву различные химические удобрения, которые часто приносят большой вред окружающей среде и здоровью человека, особенно когда попадают в реки, озера и, главное в питьевую воду. Чтобы уничтожить вредителей и повысить урожайность, земледельцы широко применяют различные пестициды, гербициды и т.д. все эти химикаты длительно и очень вредно воздействуют на пищевую сеть данной экосистемы. Кроме того, химикаты часто остаются в растениях и могут серьезно повредить здоровью людей, когда те будут употреблять их в пищу.
Эпидемиологические свойства почвы состоят в том, что в ней длительное время могут сохраняться жизнеспособные возбудители инфекционных болезней.
В последние годы повсеместно, как в нашей стране, так и за рубежом, наблюдается рост концентрации нитратов в продуктах питания, воде и т.д. Одна из причин этого явления – резко возросшее применение азотных удобрений. Еще в 40-ых гг. была раскрыта связь содержания нитратов со своеобразным болезненным состоянием людей, выражавшимися в синюшности кожи и слизистых оболочек и повышенных реакций в организме и приводящего в конечном счете к нарушению кислородного обмена – гемоглобинемии, при этом нитраты для растений безопасны.
Фосфорные удобрения менее опасные. Ион фосфата подвижен, прочно закрепляется в почве и практически не токсичен для человека и животных. Специфическая опасность заключается в том, что применение их в больших дозах приводит к накоплению в почве других нежелательных элементов: стабильного стронция, фтора, естественных радиоактивных соединений урана, радия, тория.
Фтор и его соединения находят широкое применение в атомной, нефтяной, химической и др. видах промышленности, а также он попадает в почву с привнесением в нее сельским хозяйством суперфосфата и некоторых других инсектицидов. Загрязняя почву, фтор вызывает снижение урожая не только благодаря прямому токсическому действию, но и изменяя соотношение питательных веществ в почве. Наибольшая адсорбция фтора происходит в почвах с хорошо развитым почвенным поглощающим комплексом. Растворимые фтористые соединения перемещаются по почвенному профилю с нисходящим током почвенных растворов и могут попадать в грунтовые воды. Загрязнение почвы фтористыми соединениями разрушает почвенную структуру и снижает водопроницаемость почв.
К числу химических соединений, загрязняющих почву, относятся и канцерогены, которые обнаруживаются в почве повсеместно, однако интенсивность ими колеблется в значительных пределах.
Особо хочется отметить влияние пестицидов на окружающую среду и человека. Пестициды в настоящее время широко используются в качестве средств борьбы с вредителями культурных растений и поэтому могут находиться в почве в значительных количествах. По своей опасности для животных и человека они очень высоки. Именно по этой причине был запрещён для использования препарат ДДТ (дихлор-дифенил-трихлорметилметан), который является не только высокотоксичным соединением, но, также, он обладает значительной химической стойкостью, не разлагаясь в течение десятков (!) лет. Следы ДДТ были обнаружены исследователями даже в Антарктиде! Пестициды губительно действуют на почвенную микрофлору: бактерии, актиномицеты, грибы, водоросли.
Пестициды – ядохимикаты; широкий класс химических веществ, используемых для борьбы с сорными растениями (гербециды), насекомыми (инсектициды), грибковыми (фунгициды) и бактериальными (бактерициды) заболеваниями.
Почва в основном выступает в качестве преемника пестицидов, где они разлагаются и откуда постоянно перемещаются в растения или окружающую среду, либо в качестве хранилища, где некоторые из них могут существовать много лет спустя после внесения. Передвижение пестицидов в почве происходит с почвенным раствором: при поверхностном стоке, вызываемом осадками или орошением, пестициды передвигаются в растворе или суспензии, скапливаясь в углублениях почвы. Данная форма передвижения пестицидов зависит от рельефа местности, эродированности почв, интенсивности осадков, степени покрытия почв растительностью, периода времени, прошедшего с момента внесения пестицида. Количество пестицидов, передвигающихся с поверхностным стоком, составляет более 5% от внесенного в почву. По данным румынского НИИ почвоведения и агрохимии на стоковых площадках в экспериментальном центре Алдены в результате промывных дождей одновременно с почвой происходит и потеря триазина.
Низкая культура животноводческого хозяйства приводит к накоплению вблизи животноводческих ферм огромного количества навоза, что является опасным фактором загрязнения почв и воды. В них накапливается большое количество вредных микроорганизмов, среди которых могут быть возбудители опасных заболеваний – столбняка, бруцеллеза, сибирской язвы, туберкулеза и др.
Основные виды загрязнителей окружающей среды сельским хозяйством и их возможные последствия
Таблица 1
|
Виды загрязнителей |
Основные источники загрязнителей |
Возможное влияние на состояние атмосферы |
|
| Взвешенные частицы, содержащие тяжелые металлы |
Вспашка почвы |
Увеличение концентрации тяжелых металлов в цепях питания | |
| Оксиды азота NО x | Изменение климата, образование кислотных осадков, увеличение концентрации нитратов (нитритов) в пищевых цепях, усиление коррозии | ||
| Ртуть |
Производство ряда пестицидов |
||
| Фосфаты |
Производство фосфорных удобрений |
Экологическое состояние вод в реках и озерах | |
| Пестициды |
Производство пестицидов |
Накопление в организме по пищевым цепям |
2. Экологически чистое земледелие:
Не хватка топлива, увеличение расходов на химикаты и загрязнение окружающей среды вызывают сомнения в долгой жизни интенсивного земледелия. Человек должен вернуться к естественным методам земледелия, учитывающим природные круговороты. Эти методы основаны на экологических принципах и известны как экологически чистое земледелие. Экологически чистое земледелие, основанное на севообороте определенных культур и использовании навоза в качестве удобрения, в наши дни успешно развивается. Оно не только не вредит экологически, но даже улучшает ее, возвращая в почву массу органических отходов, из-за чего содержания гумуса и минеральных веществ в ней повышается и все природные кругообороты протекают активно.
Экологи считают, что севооборот должен распространятся повсеместно. Многие люди предпочитают питаться экологически чистыми продуктами: они ведь не содержат химикаты и их производство не вредит среде.
Одни культуры впитывают нитриты из почвы, другие, например горох и фасоль, выделяют их. Ежегодно засеивая одни и те же площади разными культурами, меняя их с учетом круговоротов в природе, можно увеличить урожаи этих культур, не нанося вред природе.
3. Примерные условия охраны почв:
Одно из основных условий охраны почв от загрязнения биоцидами – создание и применение менее токсичных и менее стойких соединений и внесение их в почву и уменьшение доз их внесения в почву. Существует несколько способов, позволяющих уменьшить дозу биоцидов без снижения эффективности их возделывания:
· сочетание применения пестицидов с другими приемами. Интегрированный метод борьбы с вредителями – агротехнический, биологический, химический и т.д. При этом ставится задача не уничтожить целый вид целиком, а надежно защитить культуру. Украинские ученые применяют микробиопрепарат в совокупности с небольшими дозами пестицидов, который ослабляет организм вредителя и делают его более восприимчивым к заболеваниям;
· применение перспективных форм пестицидов. Использование новых форм пестицидов позволяет существенно снизить норму расхода действующего вещества и свести к минимуму нежелательные последствия, в том числе и загрязнение почв;
· чередование применения токсикантов с неодинаковым механизмом действия. Такой способ внесения химических средств борьбы предотвращает появление устойчивых форм вредителей. Для большинства культур рекомендуют 2-3 препарата с неодинаковым спектром действия.
Воздействие на водные ресурсы сельским хозяйством
1. Загрязнение вод:
Неочищенные стоки сельскохозяйственного производства являются одним из источников загрязнения вод. Сточные воды несут в себе опасные химические соединения, болезнетворные микроорганизмы, инсектициды и гербициды, биогены, входящие в состав удобрений.
Данная проблема вызывает тревогу за здоровье и жизнь людей. Хотя природная среда уже так серьезно заражена, что полностью ликвидировать загрязнения уже стало невозможно.
Пестициды и удобрения, применяемые в сельском хозяйстве, смываются в реки, озера, моря с дождевой водой и становятся пищей для бактерий. При этом бактерии потребляют кислород, растворенный в воде, в результате рыбы и водные животные начинают задыхаться. В ряде мест неочищенные сточные воды смываются в реки и моря и становятся причиной заболеваний, а иногда и смерти, как животных, так и людей.
Загрязнение вод несет в себе ту же угрозу для человека, что и загрязнение почвы (на основе вышесказанного).
2. Водная мелиорация:
Водные мелиорации издревле волновали души людей. Оросительные каналы строили ещё древние египтяне, догадавшись таким способом повысить плодородие почв.
Водные мелиорации (орошение и осушение) - один из основных путей повышения урожайности сельскохозяйственных угодий, занимающих на планете 10% площади суши. Шестая часть этих земель мелиорирована, и с них получают от 40 до 50% всех производимых сельскохозяйственных продуктов.
Мелиорация земель является объективной необходимостью в деле преобразования природных комплексов, превращения болот и заболоченных земель в высокопродуктивные сельскохозяйственные угодья, социального и экономического преобразования страны. Как важнейшее звено интенсификации сельскохозяйственного производства мелиорация призвана внести ощутимый вклад в решение Продовольственной программы.
Экологические аспекты неразрывно связаны с хозяйственной стороной проблемы и требуют всестороннего внимания и глубокого осмысления. В России и странах ближнего зарубежья площади, охваченные водными мелиорациями, постоянно увеличиваются (табл. 2). Это ведёт к значительному увеличению потребления водных ресурсов. Освоение новых сельскохозяйственных угодий под орошение часто сдерживается дефицитом водных ресурсов, поскольку этот вид мелиораций характерен в первую очередь для южных районов страны.
Таблица 1
| Год | Площадь земель, млн. га | ||
|
осушаемых |
орошаемых |
||
Существенным резервом нормированного использования влаги является правильный выбор и рациональное применение различных способов полива сельскохозяйственных угодий. За два последних десятилетия в хозяйствах России до 75% возросли площади полива методом дождевания, что привело к снижению оросительных норм на 25-30%. В последние годы появились более прогрессивные способы полива: капельное и аэрозольное, обеспечивающее до 50% экономии воды. Так, оросительная норма озимой пшеницы при сочетании полива дождеванием с мелкодисперсным увлажнением в среднем за три года была на 30% ниже, чем при использовании только дождевания.
С развитием орошаемых земель увеличивается объем коллекторно-дренажных вод. Они образуются в результате периодических поливов, когда отмечается избыточный сток вод, а также при рассолении почв промывкой. В этих случаях повышается минерализация речных вод и они становятся непригодными для орошения земель. Такие воды, например, в Средней Азии отводят в специальные водоёмы (Арнасайские озёра, Сарыкамышская впадина). В большом объёме дренажные воды сбрасываются в Амударью. За последние 15 лет минерализация воды в Амударье в связи с этим увеличилась в два раза. Так, только с территории Таджикистана в реку и её притоки ежегодно направляют 3 км 2 коллекторно-дренажных и сбросных вод с минерализацией 1-4 г/л. в результате вода Амударьи в нижнем течении стала непригодной для питьевого водоснабжения без предварительной очистки, так как минерализация её достигла 2-3 г/л.
Осушение широко распространено на территориях, где имеются заболоченные и переувлажнённые земли, что в первую очередь характерно для Нечернозёмной зоны России, стран Балтии и Беларуси. Осушение низинных, переходных и верховых болот осуществляется с помощью открытых каналов и закрытого дренажа разных типов.
Влияние осушительной мелиорации на окружающую среду всегда волновало широкую общественность. Острая полемика началась ещё во второй половине прошлого века.
Интересно, что доводы, выдвигавшиеся против мелиорации сто лет назад, практически в той же формулировке выдвигаются и сейчас, несмотря на то, что к настоящему времени накоплен значительный научный и практический опыт. Широкомасштабные мелиорации ставят много проблем, одной из которых является получение высоких урожаев в сочетании с эффективными и экономичными решениями по сохранению природной среды.
В Нечерноземной зоне России и стран ближнего зарубежья имеются около 40 млн. га сельскохозяйственных переувлажнённых минеральных почв и 86 млн. га торфяных. Эти земли предназначены для проведения осушительных мероприятий. При их осуществлении необходимо учитывать двойственный характер функционирования современных мелиоративных систем, рассчитанных не только на осушение, но и увлажнение. Уменьшение объёмов стока в результате возрастания водопотребления при интенсивном луговодческом использовании осушенных болот (на естественных болотах по сравнению с мелиорируемыми испаряется и используется меньше примерно на 1500 м 3 /га) компенсируется за счёт строительства водохранилищ и прудов.
Следует иметь в виду, что с дренажными водами, которые сбрасываются в мелиоративные системы, при водоотведении выносятся биогенные вещества, пестициды и другие химические соединения, оказывающие вредное воздействие на природные воды. Как показали гидрохимические исследования, конструкции мелиоративных систем оказывают существенное влияние на качество грунтовых вод, регулирующей, проводящей сети и водоприёмника.
Установлено, что после проведения осушения земель, особенно в первые годы, в речном стоке повышается доля подземного питания. Анализ послемелиоративных изменений стока в летне-осеннюю межень показал, что в этот период водность реки увеличивается. Сток весеннего половодья меняется мало, в основном в сторону его снижения, так как на мелиорируемых землях он формируется под влиянием двух основных факторов, действующих в противоположных направлениях: увеличение ёмкости зоны аэрации, что вызывает большие потери талых вод, и возрастание скорости стекания весенних вод вследствие развитой искусственной гидрографической сети.
Эрозия вследствие сельского хозяйства
К особо опасным последствиям отрицательного воздействия человека на почвы относится их ускоренная эрозия.
Под эрозией понимается процессы разрушения и вноса плодородного слоя водой или ветром. Естественная эрозия протекает очень медленно, и процессы вымывания и выдувания почв уравновешиваются естественным почвообразованием. При ускоренной эрозии разрушение почвы происходит во много раз быстрее. Различают следующие виды ускоренной эрозии почвы, возникшей в результате деятельности сельского хозяйства:
1) Струйчатая, или бороздчатая, эрозия быстро развивается при дружном таянии снега весной и сильных ливней на склонах, лишенных растительности или занятых пропашенными культурами. Вода, стекающая по склонам, увлекает за собой частицы почвы, образуя параллельные струйчатые размыва. Развитию этой эрозии способствует распашка полей вдоль склонов.
2) Ирригационная эрозия возникает в районах орошаемого земледелия в результате неумеренного и неправильного полива. В тех случаях, когда вода на поля подается мощным потоком, стекает по склонам, происходит смыв и разрушение почвы и даже образование оврагов.
АГРОПРОМЫШЛЕННЫЙ КОМПЛЕКС. Агропромышленный комплекс (АПК) - крупнейший межотраслевой комплекс, объединяющий несколько отраслей экономики, направленных на производство и переработку сельскохозяйственного сырья и получения из него продукции, доводимой до конечного потребителя.
АПК ВКЛЮЧАЕТ 4 СФЕРЫ ДЕЯТЕЛЬНОСТИ: Сельское хозяйство - ядро АПК, которое включает растениеводство, животноводство, фермерские хозяйства, личные подсобные хозяйства
Отрасли и службы, обеспечивающие сельское хозяйство средствами производства и материальными ресурсами: тракторное и сельскохозяйственное машиностроение, производство минеральных удобрений, химикатов.
Отрасли, которые занимаются переработкой сельскохозяйственног о сырья: пищевая промышленность, отрасли по первичной переработке сырья для лёгкой промышленности.
Инфраструктурный блок - производства, которые занимаются заготовкой сельскохозяйственного сырья, транспортировкой, хранением, торговля потребительскими товарами, подготовка кадров для сельского хозяйства, строительство в отраслях АПК.
Взаимосвязь отраслей агропромышленного комплекса: Биохимия (производство удобрений); Химическая промышленность; Лесная промышленность (производство пиломатериалов для построек, производство комбикормов для животных, производство удобрений); Транспортная промышленность; Лёгкая промышленность.
ФАКТОРЫ ВОЗДЕЙСТВИЯ СЕЛЬСКОГО ХОЗЯЙСТВА. Комплексное воздействие сельского хозяйства на природную среду складывается из значительного числа факторов воздействия растениеводства и животноводства применительно к конкретным физикогеографическим особенностям регионов. Значимость и степень влияния отдельных факторов сильно вследствие широкого разнообразия типов сельскохозяйственного использования земель, природных и исторических условий формирования экологической ситуации в различных регионах.
Состав, размещение и чередование сельскохозяйственных культур во многом характеризуют степень влияния сельского хозяйства на природную среду. Способ возделывания сельскохозяйственных культур (пропашные или сплошного сева) определяет степень незащищенности поверхности почвы и подверженности ее водной и ветровой эрозии.
В качестве первого по значимости среди факторов воздействия можно рассматривать коэффициент эрозионной опасности сельскохозяйственных культур. Вторым фактором является количество и тип вносимых удобрений, компенсирующих вынос питательных веществ эрозионными процессами и культурными растениями.
С ним связана проблема загрязнения окружающей среды и продукции земледелия нитратами и другими высокотоксичными веществами. Кроме того, использование удобрений приводит к накоплению в почвах других вредных веществ и элементов. Например, применение фосфорных удобрений сопровождается накоплением в почвах фтора, стронция и урана.
Практикуемые во многих регионах России системы животноводства таковы, что пастбищные угодья деградируют, ухудшаются почвозащитные свойства и развиваются эрозионные процессы. Поэтому в интегральной оценке воздействия сельского хозяйства для многих регионов России важен показатель пастбищной нагрузки, учитывающий виды выпасаемого скота, степень дегрессии пастбищ, их урожайность и качество кормов.
Воздействие тех или иных факторов сельскохозяйственной деятельности может усугубляться и природными факторами, такими как активная эрозия и дефляция.
ПРОБЛЕМА ЭРОЗИИ ПОЧВ. Слово «эрозия» происходит от латинского erosio, что означает «разъедать» , «выгладывать» или «выгрызать» . Под воздействием сильных ветров и неурегулированного стока поля становятся неудобными для обработки, а почвы постепенно теряют свое плодородие - это и есть эрозия почвы.
Эрозия почвы имеет место в районах, где нерациональная хозяйственная деятельность человека активизирует естественные эрозионные процессы, доводя их до разрушительной стадии. Ускоренная эрозия является следствием интенсивного использования земли без соблюдения противоэрозионных мероприятий (распашка склонов, сплошная вырубка лесов, нерациональное освоение девственных степей, неурегулированный выпас скота, приводящий к уничтожению естественной травянистой растительности).
Водная и ветровая эрозии, вызывая истощение почвенных ресурсов, являются опасным экологическим фактором. В результате эрозии в почвах уменьшается содержание азота и усвояемых растениями форм фосфора и калия, ряда микроэлементов (йода, меди, Важным отличием этих двух типов цинка, кобальта, марганца, эрозии является то, что при никеля, молибдена), от которых ветровой эрозии происходит зависит не только урожай, но и выдувание лишь механических элементов почвы, а при водной - качество сельскохозяйственной продукции. Эрозия способствует не только смываются частицы проявлению почвенной засухи. почвы, но одновременно происходит растворение в текущей воде питательных веществ, удаление их.
ПРОБЛЕМА ОПУСТЫНИВАНИЯ. Опустынивание – это процесс необратимого изменения почвы и растительности и снижения биологической продуктивности, который в экстремальных случаях может привести к полному разрушению биосферного потенциала и превращению территории в пустыню.
На территории, подверженной опустыниванию, ухудшается физические свойства почв, гибнет растительность, засоляются грунтовые воды, резко падает биологическая продуктивность, а следовательно, подрывается и способность экосистем восстанавливается. Уменьшение или уничтожение биологического потенциала земли может привести к возникновению условий, аналогичных условиям пустыни. Основными признаками опустынивания являются увеличение площади подвижных песков, снижение продуктивности пастбищ, истощение местных источников водоснабжения.
ЭКОЛОГИЗАЦИЯ АПК. Нарушение технологических требований при возделывании сельскохозяйственных культур, несбалансированное использование средств химизации привело к существенному снижению плодородия почв. Экологизация сельского хозяйства региона предполагает: 1. Экологическое планирование использования агроресурсного потенциала, что позволит восстановить экологическое равновесие, поддерживаемое на уровне, дающем максимальный эколого-социально-экономический эффект в течение длительного времени. 2. Экологизация технологий сельскохозяйственного производства для производства экологически чистых продуктов питания.
3. Экологизация сельскохозяйственной науки и образования. В учебных планах подготовки специалистов для сельского хозяйства в вузах и аграрных колледжах необходимо существенно увеличить объем преподавания экологических дисциплин путем введения дисциплин экологического профиля, создание курса экологического всеобуча для работников АПК на базе образовательных учреждений области. 4. Внедрение эколого-ландшафтной системы земледелия и землеустройства, включающей разработку проектов территориально-экологической оптимизации, поддержание экологического равновесия с помощью рационального соотношения в различной степени преобразованных человеком и естественных участков природы.
5. Проведение агролесолугомелиоративных мероприятий, предусматривающих посадку различных видов защитных лесополос, залужение крутых склонов, балок и так далее. 6. Научное обеспечение: размещения хозяйств-производителей с учетом экологических и санитарно-гигиенических норм в районах; организации системы контроля фонового содержания ксенобиотиков в природной среде и продуктах питания; развития экологии органического земледелия и животноводства, внедрения интегральных, специальных и биологических методов борьбы с болезнями и вредителями растений, разработки эколого-гигиенических технологий возделывания, уборки, транспортировки, хранения, переработки и реализации продуктов питания; развития селекционного отбора растений на устойчивость против заболеваний и вредителей.
Почва – важнейший сельскохозяйственный ресурс
Сельскохозяйственная отрасль является основой жизни человеческого общества, поскольку дает человеку основной жизненный ресурс – пищу, а также сырье для производства одежды, обуви, многих других необходимых вещей. Основой для сельскохозяйственного производства является почва, основным свойством которой является плодородие.
Замечание 1
Экология сельского хозяйства включает изучение влияния на сельскохозяйственное производство деятельности человека и факторов внешней среды, с одной стороны, и исследование влияния самого сельского хозяйства на природные экосистемы, естественные экологические процессы и на организм человека, с другой стороны.
Растениеводство, или земледелие, является основой сельского хозяйства. Оно как правило сопряжено с полным уничтожением естественных экосистем и заменой их агроценозами. Продуктивность сельскохозяйственной отрасли непосредственно зависит от состояния почв, однако сама эта деятельность приводит к деградации почвенного покрова, вы наши дни ежегодно с поверхности Земли исчезает до 25 млн. квадратных метров почвенного слоя.
Основной причиной деградации почв является эрозия почв. Водная эрозия представляет собой один из наиболее опасных для сельскохозяйственных земель процессов. Особенно ей благоприятствует распашка, поскольку лишенная растительности и естественной структуры почва становится очень уязвимой перед факторами механического разрушения и перемещения. Сопротивление почв разрушающему воздействию эрозии зависит от механического состава почвогрунтов, их структуры, влажности, защищенности растительностью или растительными остатками. Для борьбы с водной эрозией применяют комплекс мер различного характера, который состоит из групп организационно-хозяйственных, агротехнических, лесомелиоративных и гидротехнических мероприятий. Каждая из этих групп включает несколько видов, которые применяются либо все вместе, либо по отдельности, в зависимости от имеющихся условий.
В аридных районах распространена ветровая (эоловая) эрозия почв. [Замечание]
Кроме эрозии, факторами деградации почв выступают:
- опустынивание поверхности (аридизация) – резкое изменение гидрологического режима, приводящее к иссушению почв и большой потере влаги;
- токсификация почв различными ядовитыми веществами, угнетающе воздействующими на почвенные живые организмы (засоление, аккумуляция почвами пестицидов и т. д.);
- непосредственное отчуждение почв при их отводе под городское строительство, дороги, линии электропередач и т. д.
Животноводство как фактор воздействия на экосистемы
В отличие от растениеводства, животноводство (особенно малоинтенсивное) может существовать, не нанося большого ущерба окружающей среде и естественным ландшафтам, и даже способствовать их сохранению.
Пример 1
При попытках сохранения эталонных участков степи путем полного запрета их использования такие участки нередко погибали, заменяясь кустарниками, поскольку умеренный выпас скота способствовал их сохранению (в условиях отсутствия диких травоядных копытных).
Современное животноводство предполагает интенсивный метод ведения хозяйства, пагубный для природных сообществ. Оно основано на разведении преимущественно растительноядных животных. Современные высокопродуктивные породы скота очень разборчивы к качеству корма, они выборочно поедают отдельные виды растений, это изменяет видовой состав фитоценоза в направлении динамики данного пастбища в сторону все меньшей пригодности. Одновременно происходит уплотнение почвы, что ухудшает условия существования почвенной фауны.
Большую роль в негативном воздействии на экосистемы оказывают и продукты жизнедеятельности животных. В небольшом количестве они служат удобрением для растений и необходимым элементом круговорота веществ. Однако крупные животноводческие комплексы и птицефабрики являются местами концентрации продуктов обмена домашнего скота и птицы. При этом появляются большие массы навоза, который утилизируется нерационально. Он служит источником аммиака, сероводорода, углекислого газа, создает угрозу эпизоотий и эпидемий.
Условно влияние сельского хозяйства на окружающую среду можно разделить по двум направлением: влияние растениеводства и влияние животноводства.
Влияние земледелия на экосистемы начинается с уничтожения на больших площадях сообществ естественной растительности и замены ее культурными видами. Естественные экосистемы отличаются большим разнообразием растительности, и животного мира. На их территориях, как правило, растительность произрастает ярусами, что значительно увеличивает производительность биомассы и полноту и рациональность использования природных ресурсов, таких как свет, тепло, почва. Фитоценозы за счет своей сложной структуры более устойчивы к внешним воздействиям окружающей среды. Культурные виды, которые выращивает человек отличаются однообразием (как правило это один вид какой-либо культуры, произрастающей на больших территориях). Следующий компонент, испытывающий существенные изменения - почва. В естественных условиях почвенное плодородие постоянно поддерживается тем, что взятые растениями вещества снова возвращаются в нее с растительным опадом. В земледельческих же комплексах основная часть элементов почвы изымается вместе с урожаем, что особенно типично для однолетних культур. Это повторяется ежегодно, и существует вероятность того, что через определенный промежуток времени произойдет истощение почв.
Для восполнения изъятых веществ в почвы вносят в основном минеральные удобрения: азотные, фосфорные, калийные. Это имеет как положительные последствия - пополнение запасов питательных веществ в почве, так и отрицательные - загрязнение почвы, воды и воздуха. При внесении удобрений в почву попадают так называемые балластные элементы, которые не нужны ни растениям, ни почвенным микроорганизмам. Например, при использовании калийных удобрений наряду с необходимым калием вносится бесполезный, а в некоторых случаях вредный хлор; с суперфосфатом попадает много серы и т.д. Токсичного уровня может достигать и количество того элемента, ради которого минеральное удобрение вносят в почву. Прежде всего это относится к нитратной форме азота. Избыточные нитраты накапливаются в растениях, загрязняют подземные и поверхностные воды (вследствие хорошей растворимости нитраты легко вымываются из почвы). Кроме того, при избытке нитратов в почве размножаются бактерии, которые восстанавливают их до азота, поступающего в атмосферу.
Кроме минеральных удобрений в почву вносятся различные химические вещества для борьбы с насекомыми (инсектициды), сорняками (пестициды), для подготовки растений к уборке, в частности дефолианты, ускоряющие сбрасывание листьев у хлопчатника для его машинной уборки. Большинство этих веществ очень токсичны, не имеют аналогов среди природных соединений, очень медленно разлагаются микроорганизмами, поэтому последствия их применения трудно предсказать.
В целях увеличения урожая в развитых странах пестицидами обрабатывают около половины посевных площадей. Перемещаясь с пылью, водами, ядохимикаты распространяются повсеместно (они обнаружены на Северном полюсе и в Антарктиде) и представляют повышенную экологическую опасность.
Глубокое и длительное, а часто необратимое воздействие на почву, изменяющее ее коренные свойства, оказывают орошение и осушение земель.
Для орошения из природных комплексов изымаются огромные массы воды. Во многих странах и районах мира орошение является основной статьей расхода воды и в маловодные годы приводит к дефициту водных ресурсов. Расход воды на сельское хозяйство занимает среди всех видов водопользования первое место и составляет свыше 2000 км3 в год, или 70% мирового водопотребления, из них более 1500 км3 - безвозвратное водопотребление, из которого около 80% уходит на орошение.
Огромные площади в мире занимают заболоченные земли, использование которых становится возможным только после проведения осушительных мероприятий. Осушение оказывает очень серьезное влияние на ландшафт. Особенно сильно изменяется тепловой баланс территорий - резко сокращаются затраты тепла на испарение, уменьшается относительная влажность воздуха, увеличиваются суточные амплитуды температур. Меняется воздушный режим почв, увеличивается их проницаемость, соответственно, меняется ход процессов почвообразования (активнее разлагается органический опад, происходит обогащение почвы питательными веществами). Осушение вызывает и увеличение глубины залегания грунтовых вод, а это, в свою очередь, может вызвать пересыхание многочисленных ручьев и даже небольших рек. Очень серьезны глобальные последствия осушения - болота дают основную массу кислорода атмосферы.
Таковы глобальные последствия воздействия земледелия на природные комплексы. Среди них следует отметить и нагрузки, которые испытывает окружающая среда от распространенной преимущественно в тропических широтах подсечно-огневой системы земледелия, ведущей не только к уничтожению лесов, но и к достаточно быстрому истощению почвы, а также выбросам в атмосферный воздух большого количества аэрозольной золы и сажи. Пагубно для экосистем выращивание монокультур, вызывающих быстрое истощение почвы и заражение ее фитопатогенными микроорганизмами. Культура сельского хозяйства необходима, так как неразумная распашка почвы значительно изменяет ее структуру, а при определенных условиях может способствовать таким процессам, как водная и ветровая эрозия.
Воздействие животноводства на природный ландшафт характеризуется рядом специфических особенностей. Первая заключается в том, что животноводческие ландшафты состоят из разнородных, но тесно связанных между собой частей, таких как пастбища, выгоны, фермы, зоны утилизации отходов и т.д. Каждая часть вносит особый вклад в общий поток воздействия на природные комплексы. Вторая особенность - меньшее территориальное распространение по сравнению с земледелием.
Выпас животных в первую очередь влияет на растительный покров пастбищ: уменьшается биомасса растений и происходят изменения в видовом составе растительного сообщества. При особо длительном или чрезмерном (в расчете на животное) выпасе почва уплотняется, поверхность пастбищ оголяется, что усиливает испарение и приводит в континентальных секторах умеренного пояса к засолению почв, а во влажных районах способствует заболачиванию.
Использование земель под пастбища сопряжено также с выносом питательных веществ из почв в составе подножных кормов и сена. Чтобы компенсировать потери питательных веществ, в земли пастбищ вносят удобрения. Животноводческая отрасль является значительным потребителем воды, по данным ООН оно потребляет до одной трети мировых ресурсов пресной воды.
Еще одна негативная сторона воздействия животноводства на ландшафт - загрязнение природных вод стоками животноводческих ферм. Многократное повышение концентрации органических веществ в пресноводных водоемах, а затем в прибрежной зоне морской акватории существенно уменьшает содержание кислорода в воде, приводит к изменению сообщества водных микроорганизмов, нарушению пищевых цепей, может вызвать гибель рыбы и другие последствия.
Территория, предназначенная для выпаса скота, постоянно растет. В сравнении с 1800 годом пастбищные площади увеличились в 6 раз и охватывают 35 миллионов километров квадратных (2006год). В Южной Америке, Юго-восточной Азии и Африке существуют значительные по площади территории покрытые лесом, которые планируется превратить в пастбища. За вырубку около 50% лесов нашей планеты ответственно животноводство. Это постоянно растущая отрасль, требующая значительных территориальных затрат.
Влияние сельского хозяйства на окружающую среду условно можно разделить на влияние растениеводства и влияние животноводства. Влияние растениеводства начинается с замены естественных видов растительности на культурные. Значительно уменьшается биоразнообразие экосистем, и как следствие их устойчивость. Из-за нерационального использования страдают почвы. Основная часть элементов почвы изымается вместе с урожаем, это повторяется ежегодно, таким образом происходит истощение почв. Глубокое и длительное, а часто необратимое воздействие на почву, изменяющее ее коренные свойства, оказывают орошение и осушение земель. Чрезмерный выпас скота приводит к деградации почв, выносятся питательные вещества из почв. Животноводство потребляет около одной третьей воды, территория, предназначенная для выпаса скота постоянно растет, так как растет спрос на продукты питания животного происхождения. Еще один аспект воздействия на окружающую среду - значительные объемы выбросов парниковых газов в атмосферу.
Сельскохозяйственная индустрия является основой жизни человеческого общества, так как дает человеку то, без чего невозможна жизнь - пищу и одежду (вернее сырье для производства одежды). Основой для сельскохозяйственной деятельности является почва - «дневные» или наружные горизонты горных пород (все равно каких), естественно измененные совместным воздействием воды, воздуха и различных организмов, живых или мертвых (В. В. Докучаев). По В. Р. Вильямсу, «почва - это поверхностный горизонт суши земного шара, способный производить урожай растений». В. И. Вернадский считал почву биокосным телом, так как она формируется под воздействием различных организмов.
Важнейшим свойством почв является плодородие, т. е. способность удовлетворять потребность растений в питания, тепле для того, чтобы они (растения) могли нормально функционировать и давать продукцию, составляющую урожай.
На основе почв реализуется растениеводство, которое является базой для животноводства, а продукция растениеводства и животноводства обеспечивает человека пищей и многим другим. Сельское хозяйство обеспечивает сырьем пищевую, частично легкую, биотехнологическую, химическую (частично), фармацевтическую и другие отрасли народного хозяйства.
Сельского хозяйства состоит в том влиянии, которое на него оказывает деятельность человека, с одной стороны, а с другой - во влиянии сельского хозяйства на природные экологические процессы и на организм человека.
Так как базисом сельскохозяйственного производства является почва, то продуктивность этой отрасли хозяйства зависит от состояния почв. Хозяйственная деятельность человека приводит к деградации почв, в результате чего ежегодно с поверхности исчезает до 25 млн. м 2 пахотного слоя почвы. Данное явление получило название «дезертификации», т. е. процесс превращения пахотных земель в . Выделяют несколько причин деградации почв. К ним относят:
1. Эрозию почв, т.е. механическое разрушение почвы под воздействием воды и ветра (эрозия может протекать и в результате воздействия человека при нерациональной организации поливов и применения тяжелой техники).
2. Опустынивание поверхности - резкое изменение водного режима, приводящее к иссушению и большой потере влаги.
3. Токсификация - заражение почв различными веществами, отрицательно воздействующими на почвенные и другие организмы (засоление, накопление пестицидов и т. д.).
4. Прямые потери почв за счет их отвода под городские постройки, дороги, линии электропередач и т. д.
Промышленная деятельность в разных отраслях приводит к загрязнению литосферы, а это в первую очередь относится к почвам. Да и само сельское хозяйство, превратившееся в настоящее время в агропромышленный комплекс, может оказывать отрицательное воздействие на состояние почв (см. проблему использования удобрений, пестицидов). Деградация почв приводит к потере урожая и к обострению продовольственной проблемы.
Технологией оптимального выращивания культурных растений занимается растениеводство. Его задача - получение максимального урожая на данной территории с минимальными затратами. В процессе выращивания растений из почвы выносятся питательные элементы, которые не могут восполняться естественным путем. Так, в природных условиях запас связанного азота восполняется за счет азотфиксации (биологической и неорганической - при грозовых разрядах получаются оксиды азота, которые под действием кислорода и воды превращаются в азотную кислоту, а она (кислота), попадая в почву, превращается в нитраты, являющиеся азотным питанием растений). Азотфиксация биологическая - это образование азотсодержащих соединений за счет усвоения атмосферного азота или свободно живущими почвенными бактериями (например азотобактером), или бактериями, живущими в симбиозе с бобовыми растениями (клубеньковые бактерии). Другим источником неорганического азота в почве является процесс аммонификации - разложения белков с образованием аммиака, который, вступая в реакции с почвенными кислотами, образует соли аммония.
В результате производственной деятельности человека в поступает большое количество оксидов азота, что тоже может служить его источником в почвах. Это является одним факторов воздействия на окружающую среду производства гранулированного корма. Но несмотря на это почвы обедняются азотом и другими питательными элементами, что требует внесения различных удобрений.
Одним из факторов снижения плодородия является использование бессменных культур - многолетнее выращивание одной и той же культуры на одном и том же поле. Это связано с тем, что растения данного вида выносят из почвы только те элементы, которые им необходимы, и естественные процессы не успевают восстановить содержание этих элементов в прежнем количестве. Кроме того, этому растению сопутствуют другие организмы, в том числе и конкурентные, и болезнетворные, что тоже способствует снижению урожайности данной культуры.
Процессам токсикации почв способствует биоаккумуляция различных соединений (в том числе и ядовитых), т. е. накопление в организмах соединений различных элементов, в том числе и токсичных. Так, соединения свинца и ртути накапливаются в грибах и т. д. Концентрации токсинов в организмах растений могут быть настолько высокими, что употребление их в пищу может вызвать серьезные отравления и даже смерть.
Нерациональное использование удобрений и средств защиты растений, проведение поливов и мелиорационных работ, нарушение технологии выращивания сельскохозяйственных культурных растений, погоня за прибылью могут привести к получению экологически загрязненной продукции растительного происхождения, что по цепочке будет способствовать снижению качества продукции животноводства.
При сборе урожая образуются отходы растительной продукции (солома, полова и т. д.), которые могут загрязнять природную среду.
На состояние почв большое влияние оказывает состояние лесов. Уменьшение лесного покрова приводит к ухудшению водного баланса почв и может способствовать их опустыниванию.
Значительное влияние на природную среду оказывает животноводство. В сельском хозяйстве разводят преимущественно растительноядных животных, поэтому для них создают растительную кормовую базу (луга, пастбища и т. д.). Современный домашний скот, особенно высокопродуктивных пород, очень разборчив к качеству корма, поэтому на пастбищах происходит выборочное поедание отдельных растений, что изменяет видовой состав растительного сообщества и без коррекции может сделать данное пастбище непригодным для дальнейшего использования. Кроме того, что поедается зеленая часть растения, происходит уплотнение почвы, что меняет условия существования почвенных организмов. Это делает необходимым рациональное использование сельскохозяйственных угодий, отводимых под пастбища.
Кроме влияния животноводства на природу как кормовую базу, большую роль в негативном воздействии на природную среду оказывают и продукты жизнедеятельности животных (помет, навоз и т. д.). Создание крупных животноводческих комплексов и птицефабрик привело к концентрации продуктов жизнедеятельности домашнего скота и птицы. Нарушение технологии птицеводства и других отраслей животноводства приводит к появлению больших масс навоза, который нерационально утилизируется. В животноводческих помещениях в атмосферу поступает аммиак, сероводород, наблюдается повышенное содержание углекислого газа. Большие массы навоза создают проблемы с их удалением из производственных помещений. Удаление навоза мокрым способом приводит к резкому усилению развития микроорганизмов в жидком навозе, создает угрозу эпидемий. Применение жидкого навоза в качестве удобрения малоэффективно и опасно с экологической точки зрения, поэтому данная проблема требует решения с позиций охраны окружающей среды.
Сельское хозяйство (агропромышленный комплекс) широко использует различную технику и оборудование, позволяющее механизировать и автоматизировать труд работников, занятых в данной отрасли. Применение автотранспорта создает те же проблемы экологического характера, что и в сфере транспорта. Предприятия, связанные с переработкой сельскохозяйственной продукции, оказывают на среду обитания такое же влияние, как и предприятия пищевой промышленности. Поэтому при рассмотрении природоохранной деятельности в агропромышленном комплексе все эти виды влияния необходимо учитывать комплексно, в единстве и взаимосвязи, и только это позволит уменьшить последствия экологического кризиса и сделать все возможное для выхода из него.
Обзор природоохранной деятельности в агропромышленном комплексе
Необходимость интенсивной природоохранной деятельности показана в предыдущем подразделе. Сельское хозяйство должно снабжать население экологически качественной продукцией и оказывать минимум отрицательного влияния на среду обитания. С этой целью возможно применение ряда мероприятий по охране природы, которые охарактеризованы ниже.
В основе всей природоохранной деятельности в области сельскохозяйственного производства лежит оптимальный способ хозяйствования, т.е. ведение хозяйственной деятельности так, чтобы природе наносился минимальный ущерб - минимум потерь удобрений и оптимальная технология их использования, возможное сохранение поверхностного слоя почвы и биогенов, минимальное загрязнение водоемов, применение пестицидов в таком количестве и таких технологий, при которых среда обитания оставалась бы практически неизменной и т. д. (Биоген - питательное вещество, содержащее необходимые организму химические элементы - один или несколько. Примеры биогенов: аминокислоты, нитрат натрия; иногда биогенами называют химические элементы - С, Н, Р и другие, правильнее - биогенные химические элементы.)
Важным технологическим приемом в растениеводстве является вспашка земли, которая подготавливает почву к посеву и создает оптимальные условия для прорастания семян. Однако вспашка с использованием тяжелой техники может разрушать тонкую структуру почвы, вызывая образование пыли. Более экологичным является беспахотное земледелие, при котором сорняки уничтожаются гербицидами, а семена высеиваются и развиваются в почве, не подвергающейся обработке плугом или культиватором. Этот способ можно применять в комплексе с пахотным земледелием, но он также требует оптимального использования, так как в нем применяются гербициды.
Известно, что существует богарное (бесполивное) и поливное земледелие, при котором используют орошение - искусственную подачу воды на сельскохозяйственные угодья. Поливное земледелие позволяет получить большие урожаи, но требует оптимизации, состоящей в том, что воду следует подавать строго в определенном количестве, необходимом для растений. Избыток воды не только экономически не выгоден, но и приводит к нежелательным экологическим последствиям (вымыванию питательных веществ, нарушению водного обмена данного вида почв и т. д.).
Очень важной природоохранной мерой является оптимизация применения пестицидов. Необходимо находить такие пестициды, которые были бы эффективны в борьбе с вредителями сельскохозяйственных культур, но в то же время были малотоксичными для человека и других организмов, легко усваивались природной средой и не подвергались биоаккумуляции. Это очень трудная задача, но ее необходимо решать. Важна и необходима комплексная программа борьбы с вредителями за счет применения различных форм борьбы, включая и биологические методы.
К экологически безопасным методам борьбы с вредителями сельскохозяйственных культур относят:
1. Карантин (пример организационно-хозяйственного мероприятия).
2. Агротехнические мероприятия, состоящие в определенных способах обработки почвы, последовательности внесения удобрений, соблюдении оптимальных сроков сева, уничтожении послеуборочных остатков посевов и т. д.
3. Прогнозирование возможностей массового размножения вредителей и принятие мер по их ликвидации экологически безопасными средствами.
4. Широкое применение биологических методов защиты растений.
К этим методам относят использование энтомофагов, биологически активных веществ, микробиологических препаратов, методов генетики.
Энтомофаги - организмы, питающиеся насекомыми, например насекомоядные птицы. Применение энтомофагов состоит в расселении местных насекомоядных организмов по данной территории, привлечении этих организмов на конкретную территорию и другие методы.
В качестве биологически активных веществ применяют аттрактанты (вещества, привлекающие одних животных к другим), репелленты (естественные или полученные химическим путем вещества, которые отпугивают животных). Использование таких веществ позволяет либо концентрировать вредителей, а потом уничтожать их какими-то способами, либо удалять эти организмы из охраняемой территории.
Микробиологические препараты уничтожают вредителей, заражая их специфическими заболеваниями. Метод требует осторожности в использовании и точного знания того, что применяемые микроорганизмы безвредны для человека и других организмов.
Генетические методы основаны на выведении стерилизованных форм вредителей или неполноценных рас в природные сообщества организмов, что способствует сокращению процессов размножения у вредителей, обитающих на данной территории.
Экологически безопасными являются физико-механические методы борьбы, включающие различные меры улавливания и сбора вредных насекомых (ловчие канавки, ловушки, клеевые ловчие кольца), хотя эти методы и трудоемки, но они в наименьшей степени вызывают загрязнение природной среды.
Важным природоохранным мероприятием является утилизация отходов растениеводства и животноводства. Так, солому, ботву, полову можно применять как удобрения, но без предварительной подготовки это малоэффективно; их следует использовать в комплексе с отходами животноводства и бытового комплекса для изготовления компостов, которые применяются в качестве эффективных органических удобрений.
При утилизации отходов сельского хозяйства применяют методы биотехнологии. Биотехнология - технология, основанная на использовании и биологических процессов для получения товарной продукции или очистки отходов производства.
В качестве мер природоохранной деятельности биотехнология применяется для очистки сточных вод животноводческих комплексов и предприятий по переработке сельскохозяйственной продукции. Биотехнологические методы используют и при переработке навоза в особых аппаратах, где в процессе анаэробного сбраживания образуется биогаз и смесь органических соединений, которые можно использовать в качестве органического удобрения.
Биогаз - смесь метана, углекислого газа и других газообразных веществ с неприятным запахом, которая образуется при анаэробном брожении навоза, компоста.
Следует отметить, что биотехнологические производства могут приносить и экологический вред при нарушении режимов технологии и авариях на производстве. Так, на заводе по производству кормовых дрожжей в г. Кириши Ленинградской области из-за несоблюдения технологических режимов в природную среду попадала пылевидная продукция, которая вызывала аллергические заболевания жителей данного района. Но это отнюдь не снижает экологической ценности использования биотехнологических методов для охраны Природы.
Важная роль в системе охраны Природы в сельском хозяйстве принадлежит созданию рациональной системы применения удобрений. Ранее говорилось о проблемах загрязнения окружающей среды и получения экологически загрязненной продукции за счет избыточного и нерационального использования разных удобрений. Поэтому важно разработать научно обоснованную технологию применения удобрений и не нарушать ее. Наряду с традиционными минеральными, органическими удобрениями и их смесями в современной агротехнике используют и новые виды удобрений - сидераты - сельскохозяйственные культуры, зеленая масса которых запахивается в почву целиком и в результате процессов гниения дает ценное удобрение. Примером сидератов является люпин. Внесение сидератов в почву экологично, но не всегда достаточно для восстановления плодородия почвы.
Охрана Природы в сельскохозяйственном производстве этим не ограничивается - она включает и мероприятия по нейтрализации воздействия транспорта и оборудования, работающего на полях. Так, разрабатывается сельскохозяйственная техника меньших габаритов, которая разрушала бы структуру почвы в меньшей степени, чем крупногабаритная. Природоохранная деятельность, характерная для транспорта, приемлема и в сельском хозяйстве, когда речь идет о работе парка сельскохозяйственных машин.
И, как и в любой отрасли хозяйства, большой вклад в природоохранную деятельность вносит экологическое просвещение всех работников сельского хозяйства (от рядового фермера до руководителя крупного агропромышленного предприятия).
Краткая характеристика биотехнологических производств и их влияния на природную окружающую среду
Производства продукции, основу получения которой составляют процессы, реализуемые различными микроорганизмами, называют биотехнологическими.
Применение микроорганизмов, как способа переработки различных химических соединений и их смесей в разные виды продукции, известно с глубокой древности. Так, дрожжевые грибки использовали в изготовлении хлеба, молочнокислые бактерии - для получения творога, сметаны и других молочнокислых продуктов и т. д. Однако, с современных позиций, получение хлеба, этилового спирта за счет спиртового брожения, уксуса, вина, молочнокислой продукции к биотехнологическим производствам не относят - эту продукцию получают на предприятиях пищевой промышленности. Современный термин «биотехнология» появился в 70-х гг. XX в. Он основан на успехах генетики, а именно - генетической, или генной, инженерии.
Генная инженерия - раздел молекулярной генетики, целенаправленно разрабатывающий создание жизненных форм новых комбинаций генетического материала, который способен размножаться в клетке-хозяине и синтезировать необходимые человеку продукты обмена в форме различных химических соединений.
Принцип генной инженерии состоит в том, что первоначально выделяют рестриктазы - особые (биокатализаторы белковой природы), которые рассекают молекулу ДНК на строго определенные фрагменты по определенным местам, а затем эти фрагменты «сшиваются» с помощью других ферментов - ДНК-лигаз, в результате чего возникает рекомбинативная ДНК, которая выделяется из исходной системы и внедряется в клетку, называемую клетка-хозяин. В этих клетках рекомбинированная молекула ДНК размножается, на ней синтезируется информационная РНК, а на последней - молекулы белка, которые являются целевым продуктом для конкретного производства.
Процесс получения новых генов и их размножение называется клонированием генов. Его можно осуществлять и механическим дроблением исходной ДНК, однако структурные гены часто получают их синтезом за счет химико-биологических реакций или за счет получения ДНК-копий соответствующих информационных РНК. При клонировании получают «структурные гены», которые несут только информацию о структуре соответствующего белка и не могут функционировать ни в клетке-хозяине, ни в исходной культуре. Функциональные свойства рекомбинированной ДНК (ДНК, содержащей структурный, синтезированный ген) придает вектор, содержащий участки начала синтеза и регуляторные участки молекулы ДНК. Векторы получают из плазмид бактерии кишечной палочки и других бактерий. В качестве клетки-хозяина используют кишечную палочку, дрожжи, животные и растительные клетки.
Известны три пути селекции рекомбинативной ДНК:
1. Генетический - по маркерам с помощью избирательных сред;
2. Иммунохимический - используется химико-биологический синтез генов;
3. Гибридизационный - с меченными ДНК.
В результате процессов, применяемых в генной инженерии, получены клоны многих генов рибосомальных и транспортных РНК, глобин () мыши, кролика, человека, инсулина человека и т. д. Использование генной инженерии в селекции микроорганизмов сделало возможным получение новых штаммов нужных человеку микроорганизмов. Генная инженерия является теоретической основой современных биотехнологических производств.
К биотехнологическим производствам относят крупнотоннажное получение пищевых белков, являющихся кормовыми добавками для животных, различных аминокислот, используемых в медицинских целях, инсулина, пенициллина и других антибиотиков, а также ферментов, гормонов и других биологически активных химических соединений.
Биотехнологически получают иммобилизованные ферменты (энзимы, обладающие повышенной устойчивостью к факторам, изменяющим нативную, т. е. «живую» структуру белковой части молекулы этого фермента). К важнейшим биотехнолгическим производствам относится и получение «биогаза», являющегося энергетическим сырьем, а также осуществление биологической очистки сточных вод.
Как и любые производственные комплексы, биотехнологические производства характеризуются определенными технологическими процессами, реализуемыми на предприятиях. В различных биотехнологических предприятиях используется сырье, получается специфическая готовая продукция и образуются побочные продукты и отходы производства, которые определенным образом воздействуют на природные экологические процессы и здоровье человека. На этих предприятиях применяют транспортные средства для перемещения веществ как на данном предприятии, так и за его пределами, следовательно, следует учитывать их воздействие при оценке влияния данного биотехнологического производственного комплекса на экологические свойства конкретного региона. В характеристику экологического воздействия таких предприятий следует включать и особенности влияния строительного комплекса (при проведении ремонтно-строительных работ), а также предприятий массового питания.
Особенности природоохранной деятельности на биотехнологических предприятиях
Биотехнологические производственные комплексы в настоящее время находят все большее распространение, так как позволяют получать продукцию, которую нельзя получить другими методами. Но эти предприятия являются потенциально опасными. Особенно это относится к тем производствам, которые основаны на использовании генной (генетической) инженерии. Процессы, осуществляемые в генной инженерии, непредсказуемы, в их результате возможно получение продуктов, оказывающих на биосферу крайне негативное воздействие, которое может носить необратимый характер. Особенно опасна разработка биологического оружия с применением болезнетворных микроорганизмов. Но и при разработке «мирных» микроорганизмов возможно возникновение очень опасных для человека и других организмов модификаций микроорганизмов. Важно учитывать и этический аспект генно-инженерных исследований, особенно относящихся к антропогенной сфере.
Производства, основанные на применении современных достижений генной инженерии, являются высоко наукоемкими, поэтому автоматизированы и компьютеризированы. Это предполагает необходимость специальных мероприятий по защите работников, связанных с эксплуатацией компьютеров и других средств оргтехники.
Кроме рассмотренных особенностей биотехнологических производств, для них характерны аналогичные экологические воздействия, типичные для любых производственно-природных комплексов, связанные с продуцированием как материальных (в форме веществ), так и энергетических (тепловых, электромагнитных излучений, вибраций, шумов и т. д.) загрязнителей. Учитывая наличие пищевых, транспортных предприятий, а также предприятий сферы обслуживания, для биотехнологических производственных комплексов характерно воздействие, присущее для транспортной, строительной, пищевой, бытовой и торгово-коммерческой сфер человеческой деятельности. Следовательно, комплекс биотехнологических производств оказывает на биосферу мощное, часто негативное воздействие, что делает необходимым разработку и реализацию природоохранных мероприятий.
Важнейшим из мероприятий по охране Природы является тщательный и глубокий мониторинг экологической роли данного производственно-природного комплекса, результаты которого позволят разработать стратегию конкретных мероприятий, позволяющих свести к минимуму негативное воздействие данной отрасли народного хозяйства на природные экологические процессы.
Большую роль в охране Природы на данном производственном комплексе играет выработка у сотрудников биотехнологических предприятий природосообразного экологического сознания, четких гуманистических представлений, позволяющих проектировать возможные последствия генно-инженерных исследований и их практических реализаций в производстве.
Глобальным направлением природоохранной деятельности является строгое выполнение требований научной организации производства, исполнения технологической дисциплины и внедрения новых технологических разработок, способствующих снижению поступления загрязнений в окружающую среду и снижающих риск производственных аварий. При использовании компьютеров и других средств оргтехники природоохранными мероприятиями являются: соблюдение санитарно-гигиенических правил работы с этими приборами, создание приспособлений, уменьшающих поступление различных излучений от этих средств производства в среду обитания человека.
Примечание. Указанное направление относительно компьютерной техники применимо во всех отраслях производства и в бытовой деятельности, где эта техника используется; соблюдение правил техники безопасности при работе с любыми электронными средствами (включая персональные компьютеры) особенно необходимо для молодых людей.
