Агроэкологические основы совершенствования адаптивных систем земледелия

Министерство сельского хозяйства Российской Федерации

Федеральное государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования

«Челябинская государственная агроинженерная академия»

Факультет                                                                          ФЗО « Эк и У» (ССО)                                                          

Кафедра                                                                              Земледелия

КОНТРОЛЬНАЯ РАБОТА

Студент : Талышева Ирина Борисовна 

Группа: 35

Шифр:10 071

Преподаватель: Зыбалов Владимир Степанович

2012 год.

Содержание:

1.      Введение.

2.      Биосфера и ее составляющие.

3.      Современные экосистемы и место в них человека.

4.      Агроэкологические основы совершенствования адаптивных систем земледелия.

5.      Заключение.

6.      Список использованной литературы.

1.Введение.

Изучение экологии и современных экологических проблем основано на целостном рассмотрении чрезвычайно сложных систем, на принципе холизма (от греч. холос - целое). В биосфере каждое событие - это одновременно и причина возникновения других событий. Вся живая природа представляет собой единую сеть вещественных, энергетических и информационных взаимодействий, организованных в виде замкнутых авторегуляторных циклов. В недрах этой системы сравнительно недавно возникла и стремительно разрослась техносфера - порождение человеческой цивилизации. Техносфера нарушила замкнутость природных круговоротов. Люди разомкнули круг жизни в биосфере, создав бесчисленные циклы и линейные цепи искусственных событий. В результате назрели главные современные проблемы: нарушение окружающей природной среды превысило предел выносливости биосферы, и человек оказался в ловушке противоречий между своей биологической сущностью и нарастающим отчуждением от природы.                                                                                                                Понятие системы лежит в основе экологии. Экологическая система - это главный объект экологии. Согласно общей теории систем под системой понимается некая мыслимая или реальная совокупность частей (элементов) со связями (взаимодействиями) между ними.

2. Биосфера и ее составляющие

Биосфера - это совокупность частей земных оболочек (лито, гидро и атмосфер), которая заселена живыми организмами, находится под их воздействием и занята продуктами их жизнедеятельности.                                          Биосфера - это глобальная экосистема, она не образует сплошного слоя с четкими границами, а как бы пропитывает другие геосферы планеты, охватывая всю гидросферу, верхнюю часть литосферы и нижнюю атмосферы.                                                                                                                                                          Литосфера - земная кора, внешняя твердая оболочка земного шара, образованная осадочными и базальтовыми породами. Основная масса организмов, обитающих в литосфере, сосредоточена в почвенном слое, глубина которого не превышает нескольких метров.                                                        Гидросфера - водная оболочка Земли, составленная Мировым океаном, который занимает примерно 70,8% поверхности земного шара. В гидросферу биосфера проникает практически на всю глубину Мирового океана.                            Атмосфера - воздушная оболочка земли, состоящая из смеси газов, в которой преобладают кислород и азот. Наибольшее значение для биологических процессов имеют кислород атмосферы, используемый для дыхания организмов и минерализации омертвевшего живого вещества; углекислый газ, используемый при фотосинтезе, а также озон, экранизирующий земную поверхность от жестокого ультрафиолетового излучения.                                                                                                                                                                         В атмосфере различают: тропосферу - примыкающий к поверхности Земли нижний слой атмосферы высотой около 15км, в который входят взвешенные в воздухе водяные пары и стратосферу - слой над тропосферой высотой около 100км. В стратосфере под действием жесткого излучения Солнца из молекулярного кислорода образуется атомарный кислород, который затем, соединяясь с кислородом, превращается в озон, образующий озоновый слой, задерживая космические и ультрафиолетовые лучи, губительно действующие на живые организмы.Вся совокупность живых организмов планеты - живое вещество, обладающее способностью расти, размножаться и расселяться по планете, составляет биомассу Земли.     Вещество биосферы состоит из:

живого вещества - биомасса современных живых организмов;

биогенного вещества - всех форм детрита, а также торфа, угля, нефти и газа биогенного происхождения;

биокостного вещества - смесей биогенных веществ с минеральными породами небиогенного происхождения (почва, илы, природные воды, газо и нефтеносные сланцы);

костного вещества - горных пород, минералов, осадков не затронутых прямых биохимических воздействий организмов. Специфической особенностью биосферы является биогенный, то есть связанный с жизнедеятельностью живых организмов, круговорот веществ, в котором они (организмы) связаны в трофические сети (цепи потребления пищи). Здесь каждый вид использует определенные источники питания и вместе с тем сам служит пищевым объектом. Источники питания, количество, свойства и доступность пищи в значительной мере лимитируют распределение и численность любой популяции и во многом определяют её эволюционную судьбу.                                                                                                                                                           Ежегодно в биосфере образуется примерно 230 млрд. тонн органического вещества. В большинстве случаев в каждом следующем звене трофической цепи биомасса организмов уменьшается на один порядок величины. Пока организм живет, он поддерживает гомеостаз (состояние подвижно-стабильного равновесия экосистемы - «гомео» - тот же, «стазис» - состояние) «вопреки» законам неорганического мира. Погасла жизнь организма (от примитивной амебы до млекопитающего) и начинаются неотвратимые физико-химические процессы распада. Поэтому равновесие между синтезом и распадом живого вещества является необходимым условием устойчивой жизни как биосферы Земли. В устойчивой биосфере должны быть представлены три экологических категории организмов.                            Продуценты, как правило, аутотрофы, то есть сами себя обеспечивают пищей. Это в первую очередь водоросли и растения, они используют внешние источники энергии (солнечную, геотермальную) и минеральных веществ для построения своих организмов. Процессы их жизни идут с накоплением рассеянного вещества и концентрацией превращенной энергии солнца или тепла Земли в химическую энергию биомассы.                            Консументы - потребители, они используют по большей части уже произведенную органику, то есть растения, насекомых, животных. В своих клетках они преобразуют старые и создают новые органические вещества (белки, липиды, ферменты и другие), а в окружающую среду выделяют шлаки.                                                        Редуценты необходимы для обратного процесса - деполимеризации белков и других, сложных по структуре и составу органических соединений в более простые формы, которые могут быть использованы продуцентами, наряду с неорганическими материалами. Реальными зонами, в которых происходит биогенный круговорот веществ, являются биоценозы или экосистемы.                                                                                                                                            Биоценозом называют совокупность (набор) разных видов организмов, которые сосуществуют в данных географических и климатических условиях. Разнообразию географических условий Земли соответствуют различные биоценозы, с различными или похожими видовыми составами организмов. В каждом из биоценозов существуют вариации видов в пределах биологических родов, это обеспечивает как внутривидовой естественный отбор, так и межвидовый, в процессах конкуренции за пищевые ресурсы. Одновременно это обеспечивает устойчивость биоценоза - если что-то случится с одним из видов, и он исчезнет, его место займет близкородственный. Множество биоценозов тоже гарантия устойчивости на уровне всей биосферы. Геологические или климатические катастрофические изменения могут «вывести из строя» один или несколько из миллионов биоценозов, но биофонд будет сохранен в других, это поддержит круговорот органических веществ и поможет восстановить со временем равновесие. Каждая экосистема представляет из себя весьма сложную по взаимосвязям организмов систему. Нет абсолютно вредных, как и абсолютно полезных животных, птиц, насекомых и бактерий. Все определяется количественной соразмерностью составляющих элементов, то есть оптимальностью экосистемы, которая поддерживается в биосфере естественным путем. Замена биосферы подобной искусственной средой, управляемой техническими средствами, представляется утопией: просто слишком велик тот объем информации, который потребуется перерабатывать одновременно. Чтобы быть устойчивым явлением планетарного масштаба, Жизнь объективно требует разнообразия видов организмов, разнообразия форм и уровней живой природы. На это обращал особое внимание русский академик, геохимик В.И.Вернадский, который разработал учение о биосфере как глобальной системе нашей планеты, в которой основной ход геохимических и энергетических процессов определяется живым веществом. Особое место в биосфере занимает человек, разумная деятельность которого в масштабах биосферы способствует превращению последней в ноосферу (мыслящую оболочку). На этом этапе эволюция биосферы происходит под определяющим воздействием человеческого сознания в процессе производственной деятельности людей.                                                                                                  Ноосфера - это не что-то внешнее по отношению к биосфере, а новый этап в её развитии, заключающийся в разумном регулировании отношений человека и природы. Важно отметить что, любая система развивается за счет окружающей её среды. Выше отмечалось, что в основе биосферы находятся продуценты - растения. Они используют энергию, источником которой является космическая среда - солнечная система. Генофонд растений является бесценным достоянием не отдельной республики или союза государств, а всего настоящего и будущего человечества. Поэтому сохранение эндемиков - это забота о сохранение генофонда базиса биоценозов и биосферы.

3. Современные экосистемы и место человека в них.

Городские экосистемы гетеротрофны, доля солнечной энергии,
фиксированная городскими растениями или солнечными батареями,
расположенными на крышах домов, незначительна. Основные источники энергии для предприятий города, отопления и освещения квартир горожан расположены за его пределами. Это - месторождения нефти, газа, угля, гидро-и атомные электростанции. Город потребляет огромное количество воды, лишь незначительную часть которой человек использует для непосредственного употребления. Основную часть воды тратят на производственные процессы и на бытовые нужды. Личное
потребление воды в городах составляет от 150 до 500 л в сутки, а с учетом
промышленности на одного гражданина приходится до 1000 л в сутки.
Использованная городами вода возвращается в природу в загрязненном
состоянии - она насыщена тяжелыми металлами, остатками нефтепродуктов,
сложными органическими веществами, подобными фенолу, и т.д. В ней могут содержаться болезнетворные микроорганизмы. Город выбрасывает в атмосферу ядовитые газы, пыль, концентрирует на свалках токсичные отходы, которые с потоками весенней воды попадают в водные экосистемы.
Растения, в составе городских экосистем растут в парках, садах, на
газонах, их главное назначение - регулирование газового состава атмосферы.
Они выделяют кислород, поглощают диоксид углерода и очищают атмосферу от вредных газов и пыли, попадающих в неё при работе промышленных предприятий и транспорта. Растения имеют также большое эстетическое и декоративное значение.                                                                                    Животные в городе представлены не только обычными в естественных
экосистемах видами (в парках живут птицы: горихвостка, соловей, трясогузка; млекопитающие: полевки, белки и представители других групп животных), но и особой группой городских животных - спутников человека. В её составе - птицы (воробьи, скворцы, голуби), грызуны (крысы и мыши), и насекомые (тараканы, клопы, моль). Многие животные, связанные с человеком, питаются отбросами на помойках (галки, воробьи). Это санитары города. Разложение органических отходов ускоряют личинки мух и другие животные и микроорганизмы. Главная особенность экосистем современных городов в том, что в них нарушено экологическое равновесие. Все процессы регулирования потоков вещества и энергии человеку приходится брать на себя. Человек должен регулировать как потребление городом энергии и ресурсов - сырья для промышленности и пищи для людей, так и количество ядовитых отходов, поступающих в атмосферу, воду и почву в результате деятельности промышленности и транспорта. Наконец, он определяет и размеры этих экосистем, которые в развитых странах, а последние годы и в России, быстро «расползаются» за счет загородного коттеджного строительства. Районы низкоэтажной застройки уменьшают площадь лесов и сельскохозяйственных угодий, их «расползание» требует строительства новых шоссейных дорог, что уменьшает долю экосистем, способных производить продукты питания и осуществлять круговорот кислорода. Промышленное загрязнение среды. В городских экосистемах наиболее опасно для природы промышленное загрязнение.
Химическое загрязнение атмосферы. Этот фактор относится к числу
наиболее опасных для жизни человека. Наиболее распространенные загрязнители - сернистый газ, оксиды азота, оксид углерода, хлор, и др. В некоторых случаях из двух или относительно нескольких относительно не опасных веществ, выброшенных в атмосферу, под влиянием солнечного света могут образоваться ядовитые соединения. Экологи насчитывают около 2000 загрязнителей атмосферы.                                                                                                  Главные источники загрязнения - ТЭС. Сильно загрязняют атмосферу также котельные, нефтеперерабатывающие предприятия и автотранспорт.
Химическое загрязнение водоемов. Предприятия сбрасывают в водоемы
нефтепродукты, соединения азота, фенол и многие другие отходы
промышленности. При добыче нефти водоемы загрязняются засоленными видами, нефть и нефтепродукты также разливаются при транспортировке. В России от нефтяного загрязнения более всего страдают озера Севера Западной Сибири. За последние годы возросла опасность для водных экосистем бытовых стоков городской канализации. В этих стоках повысилась концентрация моющих средств, которые микроорганизмы разлагают с трудом. Пока количество загрязнителей, выбрасываемых в атмосферу или
сбрасываемых в реки, невелико, экосистемы сами в состоянии справиться с
ними. При умеренном загрязнении вода в реке становится практически чистой через 3-10 км от источника загрязнения. Если загрязнителей слишком много, экосистемы не могут с ними справиться и начинаются необратимые последствия.                                                                                                                                                          Вода становится непригодной для питья и опасной для человека. Не годится загрязненная вода и для многих отраслей промышленности.
Загрязнение поверхности почвы твердыми отходами. Городские свалки
промышленного и бытового мусора занимают большие площади. В составе мусора могут оказаться ядовитые вещества, такие, как ртуть или другие тяжелые металлы, химические соединения, которые растворяются в дождевых и снеговых водах и затем попадают в водоемы и грунтовые воды. Могут попасть в мусор и приборы, содержащие радиоактивные вещества.
Поверхность почвы может быть загрязнена золой, оседающей из дыма ТЭЦ,
работающих на угле, предприятий по производству цемента, огнеупорного
кирпича и т.д. Для предотвращения этого загрязнения на трубах устанавливают специальные пылеуловители. Химическое загрязнение грунтовых вод.                                                                                                                                                           Токи грунтовых вод перемещают промышленные загрязнения на большие расстояния, и не всегда можно установить их источник. Причиной загрязнения может быть вымывание токсичных веществ дождевыми и снеговыми водами с промышленных свалок. Загрязнение подземных вод происходит и при добыче нефти современными методами, когда
для повышения отдачи нефтяных пластов в скважины повторно закачивают
соленую воду, поднявшуюся на поверхность вместе с нефтью при её откачке.
Засоленные воды попадают в водоносные горизонты, вода в колодцах
приобретает горький вкус и оказывается не пригодной для питья.
Шумовое загрязнение. Источником шумового загрязнения может быть
промышленное предприятие или транспорт. Особенно сильный шум производят тяжелые самосвалы и трамваи. Шум влияет на нервную систему человека, и потому в городах и на предприятиях проводятся мероприятия по шумозащите.                                                                                                                              Железнодорожные и трамвайные линии и дороги, по которым проходит грузовой транспорт, нужно выносить из центральных частей городов в малонаселенные районы и создавать вокруг них зеленые насаждения, хорошо поглощающие шум. Самолеты не должны летать над городами.
Шум измеряют децибелах. Тиканье часов - 10 дб, шепот - 25, шум от
оживленной магистрали - 80, шум самолета при взлете - 130 дб. Болевой порог шума - 140 дб. На территории жилой застройки днем шум не должен превышать 50-66 дб. Также к загрязнителям относят: загрязнение поверхности почвы отвалами вскрышных пород и золы, биологическое загрязнение, тепловое загрязнение, радиационное загрязнение, электромагнитное загрязнение. Способы уменьшения вреда от химических загрязнений.                                                                                                                                                          Самые распространенные загрязнения - химические. Существует три
основных способа уменьшения вреда от них. Разбавление. Даже очищенные стоки необходимо разбавлять в 10 раз (а неочищенные - в 100-200 раз). На предприятиях сооружают высокие трубы, чтобы выбрасываемые газы и пыль рассеивались равномерно. Разбавление - малоэффективный способ уменьшения вреда от загрязнения, допустимый лишь как временная мера.
Очистка. Это основной способ уменьшения выбросов вредных веществ в
окружающую среду в России сегодня. Однако в результате очистки образуется много концентрированных жидких и твердых отходов, которые также приходится хранить. Замена старых технологий новыми - малоотходными. За счет более глубокой переработки удается снизить количество вредных выбросов в десятки раз. Отходы от одного производства становятся сырьем для другого. Образные названия этим трем способам уменьшения загрязнения окружающей среды дали экологи ФРГ: «удлини трубу» (разбавление рассеиванием), «заглуши трубу» (очистка) и «завяжи трубу узлом» (малоотходные технологии). Немцы восстановили экосистему Рейна, который долгие годы был сточной канавой, куда сбрасывались отходы промышленных гигантов. Это удалось сделать только
в 80-е годы, когда, наконец, «завязали трубу узлом». Уровень загрязнения среды в России еще очень высок, и экологически неблагоприятная обстановка, опасная для здоровья населения, сложилась почти в 100 городах страны. Некоторое улучшение экологической ситуации в России достигнуто
благодаря улучшению работы очистных сооружений и падению производства. Дальнейшего уменьшения выбросов ядовитых веществ в окружающую среду можно добиться, если внедрить менее опасные малоотходные технологии. Однако, чтобы «завязать трубу узлом», необходимо обновление оборудования на предприятиях, что требует очень больших вложений и потому будет проводиться постепенно. Города и промышленные объекты (нефтепромыслы, карьеры для разработок
угля и руды, химические и металлургические комбинаты) работают за счет
энергии, которая поступает из других промышленных экосистем
(энергетического комплекса), и их продукция - не растительная и животная
биомасса, а сталь, чугун и алюминий, различные машины и приборы,
строительные материалы, пластмассы и многое другое, чего нет в природе.
Сейчас города - «паразиты» биосферы, они не могут обеспечить себя энергией и ресурсами и в их экосистемах никогда не возникает экологическое равновесие. Но отказаться от городов человечество не может, и потому главная задача экологии - это уменьшить вредное влияние городов на естественные и сельскохозяйственные экосистемы и обеспечить в них условия для жизни главного звена этой искусственной экосистемы - человека. Проблемы экологии городов - это в первую очередь проблемы уменьшения выбросов в окружающую среду различных загрязнителей и защита от городов воды, атмосферы, почвы. Их решают путем создания новых малоотходных технологий и производственных процессов и эффективных очистных сооружений.                                                                                     Большую роль в смягчении влияния факторов городской среды на человека играют растения. Зеленые насаждения улучшают микроклимат, улавливают пыль и газы, благотворно влияют на психическое состояние горожан.

4.Агроэкологические основы совершенствования адаптивных систем земледелия.

Агроэкологическая оценка сельскохозяйственных культур тесно связана с биологическими особенностями сельскохозяйственных растений, прежде всего с их требованиями к основным факторам жизни – свету, пище, воде, воздуху, с одной стороны, и с возможностями их удовлетворения в конкретных почвенно-климатических, экологических и других условиях, с другой стороны. Эти возможности связаны, прежде всего, с агроклиматическими условиями, которые существенно различаются по основным регионам страны и являются основополагающими при определении набора сортов, гибридов, разновидностей тех или иных сельскохозяйственных культур. Возделываемые культуры могли бы быть пригодны и адаптированы по потребности в продолжительности вегетации растения, по сумме активных среднесуточных температур, по скороспелости, устойчивости к неблагоприятным погодным условиям и другим агроклиматическим показателям. Требования и особенности использования факторов жизни растений отражены в основных законах научного земледелия. Однако проявление действия этих законов в системе «почва – растение – окружающая среда» многогранно и находится в большой зависимости от того, какими свойствами обладает растение.                                          Любое сельскохозяйственное растение может хорошо расти, развиваться и давать высокий урожай лишь в достаточно определенном диапазоне значений факторов жизни, которыми их обеспечивает окружающая среда. Каждое растение имеет свои требования к температурному, водному, воздушному, почвенному, световому, пищевому режимам. Любой природно-экологический фактор может положительно влиять на рост и развитие растений лишь при достаточном наличии всех остальных факторов. Но в соответствии с законом минимума, оптимума и максимума рост растений и накопление урожая будут снижаться пропорционально отклонению от оптимума в сторону минимума или максимума любого фактора окружающей среды. В связи с этим выделяют лимитирующие факторы внешней среды, которые оказывают наибольшее влияние на продуктивность агроценозов. В каждом регионе имеются свои специфические лимитирующие факторы. Например, в условиях как засушливых, так и избыточно увлажненных районов таким фактором является вода, на малоплодородных или засоленных почвах – недостаток или избыток почвенных солей и т.д. Отклонения условий жизни от оптимума, который для каждого вида, сорта, гибрида и по каждому фактору имеет свое значение, вызывают ответную реакцию растений – экологический стресс. Такой стресс является совокупностью защитных физиологических реакций, возникающих в организме растений в ответ на воздействие холода, обезвоживания, недостатка питательных веществ, пестицидов, облучения и других неблагоприятных факторов.                                                                                    Отношение сельскохозяйственных растений к стрессу, их поведение в стрессовых ситуациях – один из важнейших показателей их агроэкологической оценки. Оно связано, прежде всего, с их адаптивным потенциалом, который изучает адаптивное растениеводство. Под адаптивным потенциалом высших растений понимают их способность к выживанию, воспроизведению и саморазвитию в постоянно изменяющихся условиях внешней среды. Благодаря адаптивному потенциалу растений практическая селекция только за последнее столетие способствовала многократному увеличению урожайности сельскохозяйственных культур.                                          Адаптация (приспособление к условиям существования) – очень важное свойство сельскохозяйственных растений, которое отражает большое многообразие их отношений с окружающей средой. Бесчисленное множество вариаций в биологических свойствах сельскохозяйственных растений, с одной стороны, и столь же большое многообразие условий окружающей среды, с другой стороны, определяют необходимость агроэкологической оценки сельскохозяйственных культур по их основным адаптивным свойствам и признакам. Это позволяет найти наиболее оптимальное решение в определении научно обоснованной перспективной структуры посевных площадей, адаптированной к конкретным почвенно-климатическим и другим условиям хозяйства. Агроэкологическая оценка сельскохозяйственных культур тесно связана с результатами целенаправленной селекции их основных видов, которая дала огромное разнообразие сортов и гибридов сельскохозяйственных культур, и количество их постоянно возрастает. В настоящее время Государственный реестр селекционных достижений, допущенных к использованию в Российской Федерации, насчитывает более 8 тыс. сортов и гибридов сельскохозяйственных культур. И каждый из них отличается от других уровнем урожайности и качеством продукции, продолжительностью жизни, скороспелостью, отношением к длине светового дня, потреблением воды, тепла, питательных веществ и других факторов жизни не только суммарно за весь период их жизни, но и в разные периоды их роста и развития. Сельскохозяйственные культуры обладают различной устойчивостью к засухе или переувлажнению, заморозкам, болезням, вредителям и сорнякам, уровню залегания грунтовых вод, кислотности или засоленности почвы и другим условиям окружающей среды. С помощью зональной селекции растений региональное земледелие обеспечивается необходимым ассортиментом районированных сортов и гибридов, отвечающих требованиям оптимизации структуры посевных площадей. Это позволяет достаточно точно определять агроэкологические ареалы возделывания сельскохозяйственных культур, выбирать такие сорта и гибриды, которым наиболее соответствуют условия произрастания в данном хозяйстве. Всем сортам и гибридам сельскохозяйственных культур после сортоиспытания и регистрации дают подробную характеристику по их биологическим особенностям и отношению к условиям произрастания. На этой основе местные научно-исследовательские учреждения разрабатывают сортовую агротехнику конкретного районированного сорта или гибрида той или иной сельскохозяйственной культуры в данных почвенно-климатических условиях. Это и лежит в основе принципа адаптивности при оптимизации структуры посевных площадей. В зависимости от местных почвенно-климатических условий, особенностей технологии возделывания культур агроэкологическая оценка различных сортов и гибридов тех или иных сельскохозяйственных культур может различаться и по качеству урожая – содержанию белка, клейковины, крахмала, сахара, жира и т.д. Однако при агроэкологической оценке сельскохозяйственных культур в конкретных почвенно-климатических условиях необходимо использовать региональные справочные материалы, что позволит свести к минимуму ошибки в оптимизации структуры посевных площадей в конкретном хозяйстве. При этом необходимо добиться наибольшего соответствия агробиологических свойств растений агроэкологическим условиям конкретного хозяйства.