Сельскохозяйственная экология. Под ред. Н.А. Уразаева

ОХРАНА, РЕГУЛЯЦИЯ И ОПТИМИЗАЦИЯ АГРАРНЫХ ЛАНДШАФТОВ

Термин «ландшафт» — международный. Он обозначает ту или иную местность, пейзаж, картину природы. Определение ландшафта как объекта исследования не везде понимается одинаково. В научной литературе на русском языке термином «ландшафт» чаще всего обозначался природно-территориальный комплекс. В Словакии под ландшафтом понимают не только природный территориальный комплекс, но и страну, родину. В Чехии ландшафт характеризовали как территориальное социально-экономическое и природное образование. Ландшафт, по П. Д. Ярошенко, — совокупность однотипных биогеоценозов: тундровых (тундровый ландшафт), таежных (таежный ландшафт), степных (степной ландшафт) и т. д.

Ландшафты подразделяют на природные и антропогенные. К антропогенным относят ландшафты техногенные, индустриальные, городские, сельскохозяйственные.

В. Тишлер аграрный ландшафт рассматривает как экосистему с более или менее очерченными границами. Аграрный ландшафт как системное образование состоит из экологических систем низшего ранга: полей, садов, огородов (агробиогеоценозов), лугов и пастбищ (лугопастбищных БГЦ), скотных дворов, ферм и животноводческих комплексов (скотоводческих систем — по Ю. Одуму, ферменных БГЦ — по терминологии, принятой в данной работе). Биогеоценозы аграрные, луговые, пастбищные и ферменные составляют образования взаимосвязанных природно-технических систем по производству продуктов растениеводства и животноводства. Максимум экологически чистой и сравнительно недорогой продукции может быть получен при научно обоснованном управлении аграрными ландшафтами.

Регуляция и оптимизация аграрных ландшафтов предполагает использование системно-экологического подхода в разработке следующих научно-прикладных направлений: 1) анализ состояния сельскохозяйственных экосистем, межбиогеоценозных связей; 2) прогнозирование — научно обоснованное суждение о возможных изменениях структуры и функции аграрных ландшафтов и их окружения; 3) принятие экологически обоснованных оптимальных решений.

Системный подход в сельскохозяйственной экологии заключается в исследовании полевых, пастбищно-луговых и ферменных биогеоценозов как системных образований, тесно связанных между собой и формирующих единую экологическую систему высокого уровня (аграрный ландшафт, агросферу).

В регуляции и оптимизации аграрного ландшафта особое внимание уделяют его охране от загрязнений, деградации его компонентов (почв ит. д.).

Опасно загрязнение почвы тяжелыми металлами. Это может происходить при добыче их из недр в результате рассеивания в почвенном слое, а также при выбросах газов, бесхозяйственном размещении отходов, орошении сточными водами, внесении фосфорных и других видов удобрений, применении пестицидов и т. д. В тяжелых по гранулометрическому составу почвах, особенно если они не богаты гумусом, опасность адсорбции растениями избыточного количества тяжелых металлов меньше. Они входят в состав сложных комплексных соединений, слабо поддающихся разложению. Высокая емкость поглощения почвы и ее щелочная реакция способствуют прочному удержанию тяжелых металлов, что исключает возможность их усвоения растениями в токсичных концентрациях.

£К мерам борьбы с загрязнением почвы тяжелыми металлами относят известкование, внесение удобрений с щелочной реакцией. Из других способов снижения их уровня в почве можно рекомендо-вать!Глубокую вспашку с оборотом пласта, при которой на поверхность выворачиваются слои почвы с меньшим содержанием этих элементов. Можно выращивать растения, которые слабо реагируют на высокие концентрации в почве тяжелых металлов и не аккумулируют их в опасных количествах для животных и человека, например технические культуры.

Ученые Германии в последние годы разработали биологический способ очистки почв, загрязненных тяжелыми металлами. К растениям-мелиорантам относя/гречиху сахалинскую) Это быстрорастущее неприхотливое растение, способное поглотить за вегетацию с 1 га поля около 24 кг свинца, 1,3 кг кадмия, а также значительное количество цинка и других тяжелых металлов, очищая почву от этих нежелательных элементов. За вегетационный период проводят три укоса, собирая общий урожай этой культуры до 200 т/га, вывозят с поля и сжигают. Использовать ее на корм нежелательно. Таким образом, через 2 — 3 года с помощью гречихи сахалинской можно возвратить очищенную почву в сельскохозяйственный оборот.

Важную проблему представляет использование в качестве удобрений ила сточных вод, который может содержать тяжелые металлы. Приняты следующие предельные концентрации тяжелых металлов в иле сточных вод, мг/кг: цинк —2000, свинец— 1000, медь — 800, никель — 100, бор — 100, ртуть — 15, кадмий — 0,005.

Особое внимание следует уделять охране ландшафтов от бактериальных и паразитарных загрязнений, так как многие виды бактерий и паразитов являются возбудителями заразных болезней растений, животных и человека.

Источниками опасных бактериальных и паразитарных загрязнений служат стоки животноводческих ферм и комплексов, сточные воды мясокомбинатов, боен, убойных пунктов, кожевенных, шерстопрядильных и утилизационных заводов, биофабрик, ветеринарных пунктов, медицинских учреждений. В сточных водах обнаружены возбудители туберкулеза, бруцеллеза и других болезней животных и человека. Из очистных сооружений только ЗПО и поля фильтрации более или менее надежно очищают сточные воды от неспорогенных патогенных микроорганизмов (на 98—99 %). Эффективность остальных способов обеззараживания сточных вод значительно ниже. Поэтому возникает необходимость проведения специальных мероприятий по обезвреживанию отходов ветеринарных и медицинских учреждений, мясокомбинатов и других предприятий.

Эффективен термический метод обеззараживания отходов, но он дорогой и трудоемкий, поэтому его применяют редко. Используют химический метод обеззараживания сточных вод с помощью применения негашеной и хлорной извести, газообразного хлора. Хлор на яйца гельминтов не действует, и освобождение от них сточных вод возможно лишь при кипячении или использовании земледельческих полей орошения и фильтрации.

Методов обработки навозных стоков много, но ни один из них не считают универсальным и безоговорочно надежным. Твердый (подстилочный) навоз обеззараживают биотермически в навозохранилищах. Для обеззараживания жидких навозных стоков используют механические, физические, химические, биологические и комбинированные методы обработки. Неплохой результат получен от применения переменного электрического тока, пропускаемого через жижу, помещенную в емкость малого сечения. НИИ ветеринарной санитарии рекомендует обеззараживать жидкий навоз при помощи ионизирующего излучения (гамма-лучами).

Из химических средств, применяемых для обеззараживания жидкого навоза, наиболее эффективными считают формальдегид, параформ, кальцинированную соду, негашеную известь, тиазон.

Необходимо проводить мероприятия по очистке жидких и газообразных отходов промышленных предприятий. Для очистки загрязненных вод используют механические, физические, химические, биологические методы и т. д.

Механической очистке подвергают воду, загрязнённую мусором, частицами грунта, другими грубо- и мелкодисперсными агентами. Грубодисперсные примеси отделяют отстаиванием и флотацией, мелкодисперсные — фильтрованием. Твердые частицы величиной более 5 мм задерживаются решетками, мелкие — ситами. Для улавливания маслянистых веществ используют маслоуловители, нефти — нефтеловушки, смолы — смолоуловители и т. д. С помощью физико-химических методов очистки из сточных вод удаляют растворенные в них органические и неорганические соединения. Загрязняющие воду вещества осаждают с помощью гидролиза, электрогидролиза, ионного обмена, адсорбции, коагуляции, хлорирования, озонирования и т. д.

При использовании биологического метода загрязненную воду очищают с помощью микроорганизмов. В биологических прудах, аэротенках активизируется деятельность бактерий, простейших (инфузорий и т. д.), коловраток, червей и др. В биофильтрах сточные воды пропускают через слой крупнозернистого материала, покрытого бактериальной пленкой. Действующее начало — бактерии, которые осуществляют процесс биохимического окисления и таким образом очищают воду от загрязняющих веществ.

В процессе очистки хозяйственно-бытовых стоков образуются очищенная вода и осадок. Чистая вода может быть использована для орошения, осадок — для приготовления удобрений и кормовых добавок сельскохозяйственным животным.

Разрабатывают очистные сооружения, функционирующие по замкнутому циклу. Вода, проходя фазы пара и облаков, используется предприятием многократно. При таком прогрессивном методе очистки не только не загрязняются водоемы, но и вода расходуется экономно. Другой важный аспект охраны ландшафтов от загрязнений — очистка газообразных отходов предприятий. Для их очистки используют разные установки, среди которых наиболее совершенными считают электрофильтры.

Очистные сооружения позволяют не только предохранять среду от вредных газообразных соединений, но и улавливать некоторые ценные вещества, ранее выбрасываемые в атмосферу. Так, Д. Арманд отмечал, что на одном алюминиевом заводе были установлены воздухоочистительные фильтры, улавливающие 98 % ранее терявшегося фтора. Это позволило получать ежегодную дополнительную прибыль.

Рациональный путь охраны среды от загрязнений отходами — использование их в качестве вторичного сырья. Общепризнано, что все страны, в первую очередь индустриальные, должны развиваться в направлении «утилизированного общества», в котором все материалы будут потребляться многократно. Использование отходов в качестве сырья для производства необходимых для хозяйства продуктов имеет не только природоохранное, но и экономическое значение. Так, сбор и переработка металлолома могут обеспечить потребности сталелитейной промышленности приблизительно на 75 % (Рихтер). Золу электростанций можно использовать для изготовления промышленных материалов и рекультивации нарушенных земель.

Назрела необходимость создания предприятий, работающих по принципу природных биогеоценозов, т. е. безотходных производств. Природные биогеоценозы «работают» безостановочно сотни миллионов лет. Но в естественной среде никаких вредных отходов не накапливается. Это происходит потому, что природа гармонична, все циркулирующие в ней вещества, пройдя по сложным пищевым цепям, побывав в чередующихся фазах жизни и смерти, продолжают свое безостановочное движение в биотическом круговороте. Деятельность человека в ряде случаев нарушила гармонию природных процессов, разорвала биотический круговорот. Большинство промышленных и аграрных предприятий работает в последовательности сырье — изделие — отходы. Здесь нет замыкающей стадии отходы — сырье, когда отходы должны служить сырьем для производства новых изделий. Уже получены данные, свидетельствующие о возможности создания бессточных и беструбных предприятий.

Остается актуальной проблема охраны среды от загрязнений пестицидами. Для профилактики пестицидных отравлений людей и животных необходимо строгое соблюдение утвержденных санитарных правил по технике безопасности при хранении, транспортировке и применении пестицидов в сельском хозяйстве.

При химических обработках сельскохозяйственных угодий следует учитывать необходимость сохранения энтомофагов — естественных врагов насекомых-вредителей. Большое значение имеет определение сроков применения пестицидов в зависимости от циклов развития вредителей и их естественных врагов. Рациональный выбор времени химических обработок может обеспечить уничтожение вредных насекомых при максимальном сохранении их естественных врагов. Следует пользоваться такими пестицидами, которые бы уничтожали вредителей, не нанося вреда другим организмам и не нарушая биологического равновесия в природе. До сих пор, по существу, нет таких пестицидов, которые были бы ядовиты только для определенного вида и не устраняли бы опасности для жизни. Поэтому необходимы эффективные нехимические методы борьбы с вредителями сельского хозяйства. Возрастает популярность интегрированной борьбы с вредителями.

Для разработки методов интегрированной защиты растений и животных требуется несравненно более глубокий экологический фундамент, чем для традиционных химических средств уничтожения вредителей.

Программа интегрированной борьбы с вредителями предполагает:

ограничение уничтожения вредителей с помощью^ химических методов; по возможности использование только селективных химических средств, позволяющих перейти от полного истребления к регулированию организмов в сообществе;

повышение естественных механизмов регуляции численности вредителей (например, изменением существующей агротехники при защите растений);

проведение селекционной работы с целью выведения сортов сельскохозяйственных культур и пород домашних животных, устойчивых к заболеваниям;

замену пестицидов биологическими средствами подавления вредных организмов.

Биологические методы борьбы с вредителями основаны на подавлении роста и развития одного вида растений другим, насекомых одного вида насекомыми другого. Например, жук родолия уничтожает вредителя цитрусовых ицерию, наездник афелинус — кровяную тлю и т. д. Борьба происходит между растениями, между гельминтами и растениями, между бактериями, червями, растениями и т. д. Мир антагонистов велик и разнообразен, и возможности разработки биологических методов далеко не исчерпаны. К разработке биологических методов привлекают различных специалистов: экологов, агрономов, физиологов, биохимиков, микробиологов, вирусологов и др.

Полезных насекомых, уничтожающих вредителей, искусственно разводят в специальных лабораториях и на заводах. Так, в десятках лабораторий выводят трихограмму, жука криптелемуса. Выращивают возбудителей болезней вредителей — грибы, бактерии и вирусы, а потом распространяют их в природе. Вредители заболевают и гибнут.

Л. С. Серебровский еще в 30-х годах высказывал идею о генетической борьбе с вредителями. Суть ее в том, что в лабораторных условиях разводят самцов-вредителей. С помощью рентгеновских лучей их стерилизуют и выпускают в природу. Способные спариваться, но неспособные оплодотворять самок облученные самцы становятся конкурентами нормальных самцов. В течение нескольких лет этим способом на острове Кюрасяо уничтожили вредителя — муху каллитрогу, сосущую кровь у крупного рогатого скота.

Среди биологических методов борьбы с вредителями широкое распространение получило применение энтобактерина против комплекса листогрызущих вредителей капусты, плодово-ягодных культур, садово-парковых насаждений и леса. Энтобактерин применяют и для борьбы с личинками кровососущих комаров — переносчиков многих заразных болезней людей и животных (Селиванова).

При биологическом методе борьбы с вредителями сельского хозяйства используют феромоны — химические соединения, выделяемые организмами во внешнюю среду. Они обладают большой специфичностью и внутривидовой информативностью. У организмов, воспринимающих феромоны, возникают специфические физиологические и отологические реакции. С помощью феромонов осуществляется коммуникация между половыми партнерами, обеспечивающая встречу насекомых, разделенных пространством. Наряду с половыми имеются феромоны другого жизненного назначения: агрегации, следования, тревоги и т. д.

Существует два способа использования феромонов против насекомых. Первый из них основан на привлечении половыми феромонами самцов в специальные ловушки. Отловленные насекомые уничтожаются, а самки, оставшись без половых партнеров, остаются неоплод отворенными. Воспроизводительная функция популяции подрывается, и численность насекомых-вредителей сельскохозяйственных культур снижается. Урожай сохраняется, и эффективность сельскохозяйственного производства возрастает. Второй способ биологической борьбы с вредителями — насыщение воздуха искусственными феромонами. В результате мер подобного рода создаются неблагоприятные условия для развития и размножения насекомых, так как они утрачивают способность отыскивать источники жизненно важных естественных феромонов.

В системе мероприятий, направленных против водной эрозии почв, важное значение приобрела безотвальная глубокая пахота. Сконструированные принципиально новые машины не оборачивают пласт почвы, а лишь разрыхляют его. После вспашки почва больше вбирает в себя воды и дольше ее удерживает. Условия для роста и развития растений улучшаются, и они надежнее защищают почву от смыва. При агротехнической обработке поля вспашку почвы проводят поперек склона. Поперечная вспашка — агротехнический прием, способствующий аккумуляции и задержанию воды на склонах. Однако на крутых склонах (6—10°) поперечная пахота не может обеспечить надежную задержку дождевых и талых вод. Поэтому ее дополняют созданием искусственного противоэрозионного микрорельефа (с лунками, прерывистыми бороздами). Если рельеф холмистый, то поперечная вспашка непригодна.

В сложном холмистом рельефе прямолинейные тракторные гоны могут совпадать с направлением вторичных склонов или лощин. Процесс водной эрозии в этих случаях не ослабляется, а наоборот, усиливается. В связи с этим возникает необходимость проводить пахоту по горизонтали. Направление горизонтали определяют нивелиром, отыскивая точки одинаковых высот и отмечая их вешками, указывающими искомую линию. По этой линии прокладывают первую борозду. Последующие проходы плуга располагают параллельно первой борозде.

Движение пахотного агрегата по контуру горизойтали легло в основу названия метода — контурная обработка почв, которую проводят с целью предохранения их от эрозии. Этот метод получил широкое распространение во многих странах мира.

Для предупреждения водной эрозии, связанной с ирригацией, проводят полив по бороздам, глубину и длительность которых определяют в зависимости от особенностей почв, уклона поверхности полевого участка и других экологических факторов.

Для борьбы с оврагообразованием сооружают водоотводные валы, лотки, перемычки из валежника. В эрозионно опасных местах проводят щелевание почвы. Расположенные поперек склона щели перехватывают значительное количество поверхностного стока. Учитывая особенности эродированное™ почв, для каждого поля определяют соответствующую технологию возделывания сельскохозяйственных культур и кормовых трав. По степени защиты почв от эрозии культуры бывают: слабого смыва — многолетние травы; среднего смыва — яровые зерновые и озимые; сильного смыва — пропашные. В комплексе противоэрозионных мероприятий предусматривают применение почвозащитных севооборотов, эффективность которых повыщается при полосном расположении посевов. Культуры, размещенные поперек склона полосами 25 м, обеспечивают устойчивость почв к эрозии при снеготаянии, дождях и ливнях. На склонах 5—7° посевы пропашных культур рекомендуют сокращать до минимума, а на склонах большей крутизны — увеличивать долю многолетних трав. Крутые склоны отводят для создания лесных полос, а те, которые расчленены густой сетью оврагов, подвергают сплошному облесению. Ослабления эрозии достигают мульчированием почв (некондиционной соломой), оставлением на полях стерни. Мульча и стерня задерживают снег, уменьшают глубину промерзания почвы, что способствует лучшему впитыванию талых вод и, следовательно, снижению поверхностного стока.

В комплексе мероприятий по предотвращению ветровой эрозии предусматривают защиту полевого участка от действия ветра, охрану почвенного покрова от иссушения, так как влажная почва более прочна и не поддается дефляции. Развитию ветровой эрозии препятствуют леса и лесные полосы, способствующие снижению силы и скорости ветров.

На песчаных почвах, подверженных дефляции, площади под многолетними травами целесообразно доводить до 50 % (Бакулин). Рекомендуют проводить узкорядные и перекрестные посевы, так как равномерное распределение растений по площади обеспечивает надежную защиту почвы от эрозии. В борьбе с ветровой эрозией существенную роль играют кулисы из высокостебельных растений (подсолнечника, кукурузы, горчицы). Они улучшают процесс задержания снега и тем самым способствуют охране Почв от ветровой эрозии. Ветровая эрозия ослабляется при мульчировании почв.

Регуляцию и оптимизацию ландшафтов осуществляют при помощи осушения переувлажненных, заболоченных территорий, орошения слабообводненных, восстановления (рекультивации) нарушенных земель и т. д.

Осушение — комплекс мероприятий по удалению излишней воды из почв и горных пород. Его проводят гидротехническими и фитомелиоративными методами. При гидротехнической мелиорации осуществляют закладку дрен, что улучшает сток воды. При осушительной фитомелиорации уровень грунтовых вод снижают с помощью отсоса корнями влаголюбивых растений. Осушение земель не должно приводить к переосушению ландшафта и негативным изменениям в природе. В некоторых местах, где влажность земель резко колеблется в период вегетации растений или по годам,проводят осушительно-обводнительную мелиорацию.

Орошение — искусственное увлажнение земель с целью регулирования водно-солевого состава почв и обеспечения потребностей растений во влаге. Его проводят в форме дождевания, по бороздам, сплошного напуска и т. д. Наиболее экономно капельное орошение, при котором вода подается небольшими-порциями непосредственно к корневым системам растений (через отверстия специальных водопроводных шлангов, путем «выпотевания» влаги через стенку керамических труб).

Ландшафты, нарушенные при добыче полезных ископаемых (угля, торфа и др.), рекультивируют. Проводят комплекс мероприятий по восстановлению хозяйственной, санитарно-гигиенической и эстетической ценности нарушенных земель. Процесс рекультивации земель состоит из двух этапов. На первом этапе проводят техническую рекультивацию, включающую планировку поверхности отвалов, засыпку карьеров, рвов, рытвин, выравнивание поверхности ландшафта, формирование плодородного слоя грунта. Затем следует второй этап — работы по биологической рекультивации. Биологическая рекультивация — комплекс агротехнических и фитомелиоративных мероприятий, направленных на восстановление растительности, поселение связанных с ней микроорганизмов, червей, насекомых, птиц, млекопитающих. В регуляции и оптимизации аграрных ландшафтов восстановление нарушенных земель имеет исключительно важное значение. На рекультивированных землях получают достаточно высокие урожаи сельскохозяйственных культур и кормовых трав. Рекультивация под лесохозяйственное использование играет важную роль в оптимизации структуры и функции безлесных ландшафтов.

При мелиорации аграрных ландшафтов проводят экологически обоснованное регулирование рек и речек, болот и озер, улучшение физико-химического состава почв при помощи известкования, внесения органических и минеральных удобрений.

В регуляции аграрных ландшафтов большую роль играет оптимизация в них геохимической обстановки. Причин нарушения геохимической обстановки в аграрных ландшафтах много. Одна из них — нерациональное внесение в почвы минеральных удобрений — азотных, калийных и фосфорных. Масштабы применения минеральных удобрений ежегодно растут. В результате широкого применения минеральных удобрений заметно повысилась урожайность сельскохозяйственных культур и кормовых трав. Однако увеличение фитомассы нередко сопровождалось неблагоприятным изменением ее химического состава. Так, под влиянием азотных минеральных удобрений в ряде случаев отмечено увеличение в тканях растений солей азотной (нитраты) и азотистой (нитриты) кислот. Нитраты и особенно нитриты ядовиты. Они могут стать причиной отравлений людей и животных. Для предупреждения токсикозов у людей и животных следует проводить мероприятия по снижению концентрации нитратов и нитритов в фитомассе сельскохозяйственных культур и кормовых трав. Один из эффективных методов достижения этой цели — агрохимически обоснованное дозирование вносимых азотных удобрений (Агеев). Умеренные дозы азотных удобрений не только не снижают урожайность сельскохозяйственных культур и кормовых трав, но и значительно улучшают качество продукции растениеводства.

В ряде хозяйств Северного Кавказа был диагностирован нит-ратно-нитритный токсикоз у овец и животных других видов. Причина токсикоза заключалась во внесении в почвы минеральных азотных удобрений в дозе от 150 до 420 кг/га. Содержание нитратов в кормах достигало 4000 мг/кг сухого вещества и более. По рекомендации агрохимиков в одних хозяйствах были значительно снижены дозы азотных минеральных удобрений, в других — использовали только навоз, в третьих — применяли минеральные удобрения в сочетании с органическими. В результате этого урожайность сельскохозяйственных культур и кормовых трав не только не снизилась, но и в ряде случаев повысилась. Концентрация нитратов в растениях значительно уменьшилась, не превышая максимально допустимого уровня (МДУ). Растительность утратила ядовитые свойства, и вспышки нитратно-нитритного токсикоза у животных прекратились. У них улучшилось общее состояние, повысились продуктивность и воспроизводительная способность. Частота врожденных пороков развития и уродств у приплода резко снизилась.

При внесении в почвы высоких доз калийных минеральных удобрений происходят существенные изменения химического состава растений. В растительных тканях увеличивается содержание калия, снижается концентрация кальция и особенно магния. При потреблении зеленого корма, обогащенного калием, обедненного кальцием и магнием, у животных, особенно у крупного рогатого скота, развивается заболевание пастбищная тетания. Для предупреждения этого заболевания рекомендуют уменьшить дозу вносимых калийных удобрений и одновременно обогатить почву сернокислым магнием.

Другая причина негативных изменений геохимической обстановки в аграрных ландшафтах — безвозвратный вынос микроэлементов из почв с урожаем. При уборке сельскохозяйственных культур и кормовых трав из почв выносится значительное количество йода, кобальта, меди и других микроэлементов. Во многих странах мира, в том числе в России, в сельском хозяйстве не контролируется вынос микроэлементов из почв с урожаем и не возмещаются потери. Концентрация микроэлементов в почвах постепенно снижается. Уменьшается содержание микроэлементов и в растениях, произрастающих на таких почвах. Качество растительной пищи (корма) снижается, у людей (и у животных) развиваются болезни, называемые микроэле-ментозами. Использование в аграрных ландшафтах микроудобрений способствует оптимизации биотического круговорота и геохимической обстановки в агробиогеоценозах и пастбищных БГЦ. Урожайность сельскохозяйственных культур и кормовых трав повышается. Улучшается качество растительной пищи (корма). У животных и у людей исчезают микроэлементозы.

В геохимических ландшафтах, характеризующихся дефицитом марганца в среде, целесообразно применять марганцевые удобрения. В качестве удобрения рекомендуют водорастворимые сульфаты, хлориды и нитраты марганца (Рудин). Экологически целесообразно шире использовать марганцевый шлам (отход химических заводов и обогатительных фабрик), а также шлак мартеновских печей и вагранок.

В геохимических ландшафтах, бедных цинком, можно применять цинковые удобрения: сульфат цинка и отходы цинковой промышленности.

В ландшафтах, характеризующихся дефицитом кобальта в почвах, целесообразно использовать кобальтовые удобрения. Они служат важным фактором оптимизации биотического круговорота кобальта, способствуют повышению урожайности сельскохозяйственных культур и кормовых трав. Для удобрения лугов и пастбищ кобальт вносят в виде сульфата или хлорида, иногда применяют кобальтовый суперфосфат. В зависимости от химического состава почв дозы соли кобальта колеблются от 0,5 до 8 кг/га. Под влиянием кобальтовых удобрений качество пастбищного корма улучшается. В растениях увеличивается содержание не только кобальта, но и других важных компонентов питания (протеина, жира, безазотистых экстрактивных веществ). Выпас стад на пастбищах, обогащенных кобальтом, приводит к повышению продуктивности и воспроизводительной способности животных, улучшению качества животноводческой продукции. *

Для устранения медной недостаточности в почве используют медные удобрения: сульфат меди, пиритные огарки (отходы химической промышленности). В зависимости от уровня содержания меди в почве дозы медного купороса составляют 3—7 кг/га, иногда 10—25 кг/га, пиритных огарков — 0,5—0,8 т/га. Внесение медных удобрений в почву способствует поддержанию биотического круговорота меди и улучшению геохимической обстановки в БГЦ. Возрастает урожайность растений, улучшается качество пищи (корма). У больных животных (и у людей) исчезают признаки медной недостаточности.

В биогеохимических провинциях, неблагополучных по заболеванию кариесом зубов у людей и животных, используют фторсодержащие удобрения: фтористый калий или суперфосфат (1—1,5% фтора). При внесении в почвы фторсодержащих удобрений происходит оптимизация биотического круговорота фтора и заболеваемость зубов кариесом значительно снижается.

В геохимических ландшафтах, в которых возникает зобная болезнь у людей и животных, почву целесообразно обогащать удобрениями, содержащими йод.

В кислых геохимических ландшафтах с малым количеством в почвах подвижного кальция проводят известкование. Для этого используют твердые и мягкие известковые породы, отходы промышленности. В известняках, состоящих в основном из карбоната кальция, содержится 55—56 % оксида кальция. Мел отличается от известняков большей мягкостью. При внесении в почву он действует быстрее молотого известняка. Из известняка получают негашеную и гашеную известь. Гашеная известь (пушонка) — ценное известковое удобрение для глинистых почв.

В притеррасных поймах, в местах выхода ключей встречаются месторождения известкового туфа, содержащего 70—90 % карбоната кальция. Залежи озерной извести (гажи), содержащей 80—95 % карбоната кальция, обнаруживают на месте высохших замкнутых водоемов. В торфотуфе 10—70 % карбоната кальция, и он служит ценным торфоизвестковым удобрением для кислых почв, бедных органическим веществом.

Для известкования почв применяют гашеную известь — отход предприятий, производящих хлорную известь. Дефекат — отход свеклосахарного производства, в котором после подсушивания имеется 60—75 % карбоната кальция. Белый известковый шлак содержит 50—68 % оксида кальция, доменные и мартеновские шлаки — 30—50, белитовая мука — отход алюминиевой промышленности (шлак) — 40—50 %. При сжигании горючих сланцев получают сланцевую золу, содержащую 30—48 % негашеной извести.

Значительное количество кальция содержится в отходах кожевенных, содовых, газовых, мыловаренных заводов, бумажных фабрик и других промышленных предприятий. Эти отходы, освобожденные от вредных примесей, могут стать ценным известковым удобрением.

Известкование хорошо переносят ячмень, яровая и озимая пшеницы, кукуруза, горох, клевер и другие культуры, которые растут на слабокислых и нейтральных почвах (pH 6—7). Еще больший эффект отмечают при посеве на известкованных почвах люцерны, свеклы и других культур, для роста которых оптимален pH 7—8.

Известкование почв способствует не только повышению урожайности растений, но и улучшению их кормовых (пищевых) качеств. В кормовых травах увеличивается содержание кальция, снижается кальциевый дефицит в среде, и у животных постепенно исчезают болезненные признаки кальциевой недостаточности (остеодистрофии).

Так, в ряде хозяйств, где наблюдалась остеодистрофия жйвот-ных, было проведено известкование кислых почв. В результате в пастбищном травостое возрос удельный вес бобовых растений. Дефицит кальция в среде был устранен, и геохимическая обстановка в травяных БГЦ улучшилась. У животных постепенно исчезли признаки болезни. Продуктивность и воспроизводительная способность животных повысились.

В геохимических ландшафтах с дефицитом фосфора в почвах возникает опасность снижения урожайности растений, ухудшения качества пастбищного корма, нарушения фосфорно-кальциевого обмена у животных. Фосфорные удобрения повышают урожайность сельскохозяйственных культур и кормовых трав, способствуют улучшению качества растительного корма, предупреждению заболеваний у животных.

Особенности структуры и функции тундровых, таежных, лесостепных, степных и других типов ландшафтов как экологических систем во многом определяют степень их устойчивости при воздействиях природных и антропогенных факторов. Считают, что относительно устойчивы ландшафты южной тайги, смешанных лесов, степей, менее устойчивы — экосистемы тундры, полупустынь и пустынь. Экологическое равновесие в ландшафтах может быть не нарушено лишь при соблюдении определенных методов хозяйствования. В каждом типе ландшафта соотношение интенсивно (урбанизация и др.) и экстенсивно (лесопосадки, луга, заповедники и др.) используемых земель не должно превышать установленных пределов. Процент интенсивно используемых земель может быть относительно высоким в степях, южной тайге, меньше — на севере таежного ландшафта, еще меньше — в тундре. Так, в тундровых ландшафтах площадь интенсивно используемых земель не должна превышать 2 % освоенной территории, в северной тайге — 10—20, в южной — 50—55, в лесостепи — 60—65 % (Рей-мерс).

В экологической оптимизации структуры и функции аграрных ландшафтов большую роль играют научно обоснованные соотношения площади пашни, лугов, лесов, поголовья сельскохозяйственных животных. Растениеводство и животноводство — две основные отрасли сельского хозяйства, влияющие на биотический круговорот. Баланс питательных веществ в аграрном ландшафте должен поддерживаться за счет использования в растениеводстве отходов животноводства (навоза — ценного органического удобрения). Считают, что на 1 га сельскохозяйственных угодий целесообразно иметь 2—2,5 головы крупного рогатого скота. Еще в прошлом веке подсчитано, что для поддержания плодородия земель Центральной России необходимо на каждый гектар сельскохозяйственных угодий вносить экскременты от двух коров.

О благоприятном влиянии леса на аграрные ландшафты известно давно. Первое фундаментальное научное обоснование агролесомелиорации для оптимизации аграрного ландшафта было дано в трудах известного русского почвоведа В. В. Докучаева. В конце прошлого века под его руководством в засушливой Каменной степи Воронежской области были заложены защитные лесополосы. Исследования, проведенные В. В. Докучаевым, его учениками и последователями, показали, что лес имеет огромное сельскохозяйственное значение. Являясь мощным биоэнергетическим фактором, лес оказывает благоприятное влияние на аграрные ландшафты и их компоненты: поля, сады, огороды, пастбища, скотные дворы, животноводческие фермы и комплексы. Лес служит надежным помощником в борьбе с засухой. Под покровом «докучаевских» лесных полос каменно-степные хозяйства в любых погодных условиях получают высокие урожаи зерна, картофеля, овощей и других сельскохозяйственных культур. Успехи в растениеводстве благоприятно влияют на развитие животноводства.

В начале 50-х годов в нашей стране были заложены небывалые по своим масштабам восемь защитных лесных полос на участках: Воронеж — Ростов-на-Дону, Пенза—Каменск, Белгород — река Дон, Камышин — Волгоград, Саратов — Астрахань, Чапаевск — Владимирова, гора Вишневая — Каспийское море, Волгоград — Элиста — Черкесск. Лесозащитным полосам менее полувека, но даже в этом молодом возрасте они оказывают большое влияние на регулирование стока, гидрологический режим местности, улучшение микроклимата, увеличение урожая сельскохозяйственных культур (Никитин, Новиков). Занимая всего лишь 1—4 % пахотных угодий ; по границам полей, защитные лесонасаждения в степи способству-|К)т повышению урожайности сельскохозяйственных культур на 115—20 % (Мороз).

На структуру и функцию аграрных ландшафтов благоприятно влияют посевы многолетних трав. Луга вместе с лесами формируют каркас аграрного ландшафта, стабилизирующий биогеохимические циклы основных питательных веществ (азота, фосфора, калия), препятствуют развитию эрозии почв, поглощают и обезвреживают смытые с полей удобрения и пестициды, не допуская их попадания в водоемы. Луга, как и леса, — хранители биологического разнообразия в экосистемах. В них произрастают десятки видов растений, находят пристанище простейшие и гельминты, насекомые, птицы и млекопитающие, другие представители животного мира. Биологическое разнообразие ландшафта — один из важнейших факторов его стабильности (Миркин).

Интенсификация и химизация сельского хозяйства, сопровождающиеся широким использованием техники, минеральных удобрений, химических средств защиты растений и животных, способствовали повышению урожайности культур и продуктивности животных. Однако они породили и ряд экологических проблем. Одна из них — загрязнение продуктов питания химическими веществами. Поэтому во многих странах мира идет разработка экологичных систем земледелия, отличных от интенсивных. Они являются альтернативой современному земледелию, и им принадлежит будущее.

Альтернативное земледелие рассматривают как экологически обоснованную научную концепцию отношения человека к земле, как новый подход к ведению сельского хозяйства. Системы альтернативного земледелия разнообразны. Они имеют свои особенности в зависимости от регионов и природных зон.

Наиболее распространены следующие виды этой системы: органическая, биодинамическая, биологическая, органо-биологическая, экологическая, которые могут существенно влиять на биологи-зацию сельского хозяйства.

Особый интерес представляют биодинамическая и органическая системы. Они еще недостаточно разработаны. Общим для всех способов (видов) альтернативной системы сельского хозяйства (системы земледелия) является озабоченность специалистов падающим уровнем плодородия почвы, ее загрязнением, высокой стоимостью пестицидов, минеральных удобрений, вредом от применения тяжелой мобильной техники (уплотнение почвы, различные формы снижения микробиологической активности, потеря супрессивное-ти почвы, ее стерилизация и др.) и увеличением поступления на рынок экологически опасной для населения растениеводческой и животноводческой продукции.

Сущность органической системы земледелия заключается в том, что при выращивании биопродукции исключается-применение минеральных удобрений, пестицидов и регуляторов роста. Используются продукты отходов растительного, животного и минерального происхождения. Основу их составляют компост, навоз, костная мука, так называемые «сырые» породы: доломит, полевой шпат, мусковит, биотит и другие первичные и тонкодисперсные минералы (вермикулит, монтмориллонит, бентонитидр.). Глинистые (высокодисперсные) минералы имеют особенно большое значение для плодородия почвы и режима питания растений. Они способны путем обменных реакций активно усваивать катионы из почвенного раствора, обменивая их на ионы поглощающего комплекса. Источником магния и фосфора в почве являются в основном глинистые минералы.

В качестве средств защиты растений от эпифитотий при этом способе альтернативного земледелия используют чеснок, пиретрум, никотин.

Наиболее широко эту систему применяют в США, хотя доля выращиваемой в этой стране экологически чистой продукции довольно небольшая (не более 1 % от традиционной). Естественно, урожайность при этой системе значительно ниже, чем при традиционной. Поэтому продукция, получаемая на таких полях, реализуется дороже. Следует отметить, что в США, несмотря на высокий биопотенциал земель, существуют определенные ограничения на величину выращиваемого урожая, выше которого фермерам не разрешается получать продукцию. Иначе говоря, на государственном уровне соблюдается выполнение закона снижения энергетической эффективности природопользования, чтобы потребление дополнительной антропогенной энергии не представляло реальной угрозы для природно-ресурсного потенциала, разрушения экосистем.

Биодинамическая система земледелия применяется в Швеции, Дании, Германии. Она включает основные принципы, характерные для других альтернативных систем сельского хозяйства. Отличие этой системы земледелия от других состоит в том, что помимо биокосных элементов она учитывает космические факторы и их ритм, влияющие на прохождение фенофаз выращиваемых культур.

Еще Гиппократ отмечал влияние ночного светила на земную жизнь, а Аристотель заметил, что в полнолуние повышается половая активность морских животных. К настоящему времени установлено, что у всех подопытных животных и растений обмен веществ совершается по циклу, совпадающему с лунным календарем. Цикл завершался к новолунию и достигал максимума в третьей четверти лунного месяца. Барр и Равиц показали, что диаграммы напряжений в организмах людей полностью совпадают с аналогичными диаграммами у деревьев, иначе говоря, все живое на Земле существует по единому лунному ритму.

Руководствуясь положением Луны в определенной фенофазе, рекомендуют соответствующую и в определенные сроки основную обработку почвы, посев и посадку сельскохозяйственных культур и уход за ними. Важно подчеркнуть, что в отличие от других вариантов альтернативного земледелия биодинамическая система связывает оптимальные сроки посева и посадки с космобиоритмически-ми факторами и поэтому не отражает погодных условий и климатических особенностей различных регионов. Не случайно она пока разрабатывается в странах с достаточным для сельскохозяйственных культур количеством осадков.

Лунные календари составлены по регионам, отражают сроки посева и посадки культур под пленочными покрытиями и в открытом грунте и учитывают не только определенную дату, но даже и определенную часть суток. Лунные календари составляются как для овощных и лекарственных растений, так и для злаковых и бахчевых куль-тур, ряда пропашных (свекла, картофель и др.), а также для газонных трав, большинства кустарников, цветов и деревьев. Эта система, несомненно, относится к перспективной.

Видимо, по мере дальнейшей разработки этой системы земледелия будут также учитываться и периодические вспышки солнечной активности, отличающейся определенной цикличностью.

Один из основных аспектов органической и биодинамической систем сельского хозяйства — вермикультивирование, т. е. разведение червей в неволе для получения биомассы и биогумуса. Исследованиями кафедры экологии МСХАустановлено, что 1 т органических отходов при переработке их червями дает около 600 кг биогумуса и 100 кг биомассы червей, обладающей высокой питательной ценностью. Биомасса червей содержит большое количество протеина и эффективна при подкормке в водохранилищах рыбы, уток и гусей. Увеличиваются также продуктивность и яйценоскость кур.

В условиях Нечерноземья даже при высокой стрессовой нагрузке почвы (повышенная кислотность, большое содержание в почвенном растворе алюмосиликатов при резком дефиците фосфора) доза биогумуса в 5 % снижает накопление нитратов в растениях почти в 10 раз. Возможность получения экологически чистой продукции растениеводства заслуживает повышенного внимания к этому направлению экологизации сельского хозяйства и свидетельствует о больших потенциальных возможностях вермикультивирования с точки зрения повышения скорости процесса миграции, концентрации и рассеивания элементов в ходе малого круговорота веществ и энергии, особенно с ненарушенным биотическим комплексом, и повышения продуктивности агроландшафтов.

Помимо биомассы пищеварительные ферменты червей придают почве, прошедшей через их кишечник, способность удерживать больше воды и минеральных веществ. Биогумус выполняет важную роль фитоадаптогена, оказывая влияние на формирование структуры почвы и снижение ее токсичности. "

Биологическая система земледелия, внедренная во Франции, исключает применение химических средств (пестицидов и удобрений). Основу этой системы составляет компост. Используют также базальтовую пыль, молотые водоросли. Очень большое внимание уделяют выращиванию сидератов и гетерогенности (многообразию) основных сельскохозяйственных культур. Для борьбы с сорняками запрещены гербициды, рекомендуются механические (вплоть до ручных) и огневые методы на локальных участках. Применяют также вещества растительного происхождения.

В основе органо-биологической системы земледелия лежат методы интенсификации микробиологической активности почвы. Разрешается помимо органических удобрений применение дефицитных для данных эдафических условий минеральных удобрений, но с медленной отдачей растениям питательных ионов. Активизация полезной микрофлоры достигается введением правильного севооборота, максимальным использованием биологического азота из атмосферы с помощью клубеньковых бактерий на корнях бобовых.

Следует также шире использовать бактериальные удобрения: нитрагин, азотобактерин и агрофил (ассоциативные азотофиксато-ры) и методы технологии, которые способствуют симбиотической активизации бобовыми культурами (применение органических удобрений, соломы, навоза, компоста, сидератов, микроэлементов). Особое внимание в севооборотах уделяют максимальному их насыщению бобовыми культурами. Защита от вредителей и болезней растений такая же, как и при биологической системе земледелия. Органо-биологическую систему применяют в Швеции и Швейцарии.

При экологической системе земледелия допускается строго ограниченное использование пестицидов, чаще в виде санитарных (локальных) мер на очагах размножения вредителей и болезней. С большой осторожностью относятся также к применению минеральных удобрений, ограничивая их дозы, особенно легкорастворимых форм и в жидком виде.

При любых альтернативных системах земледелия важно внесение в почву глинистого (глинование) материала, обогащенного высокодисперсными минералами типа монтмориллонита. Это объясняется тем, что в почвах, не содержащих монтмориллонит, органическое вещество и продукты его разложения находятся в состоянии механической примеси и поэтому легко выносятся — интенсивность разрушения превышает накопление органического вещества. При наличии же монтмориллонита связь органической и неорганической составляющих почвы становится более тесной и прочной, так как органические молекулы вместе с водой входят в состав ППК.

Благодаря большой емкости поглощения монтмориллонита и его высокой удельной поверхности он всегда имеет необходимый запас влаги, удерживаемой в межплоскостных пространствах кристаллической решетки и на поверхности своих частиц в адсорбированном состоянии. Даже небольшая примесь монтмориллонита в почве в несколько раз повышает ее влагоемкость.

Имея в обменном состоянии целый ряд элементов, которые вследствие своей слабой связи с кристаллической решеткой легко усваиваются растениями, глинистые минералы типа монтмориллонита в то же время являются и регулятором почвенного раствора не только с точки зрения его концентрации, но и разнообразия солевого состава.

А. С. Степановеких указывает, что в основе альтернативного земледелия лежит принцип: «от здоровой почвы — к здоровому растению, животному и человеку». Автор подчеркивает, что почва практически воспринимается как живой организм со сложными физико-химическими и биологическими свойствами. Почва, как и организм, обладает определенным уровнем обмена веществ, основную роль в котором играют почвенные организмы (эдафон). Полноценное корневое питание растений может быть обеспечено почвенным покровом большой биологической активности, которая в альтернативном земледелии поддерживается за счет внесения органических удобрений. В альтернативном земледелии считается необходимым удобрять почву, а не растения, что, как полагают, является важным фактором оптимизации геохимической трофической цепи почва -»растения -> животные ->человек.

Альтернативное сельское хозяйство предполагает проведение мероприятий, направленных на получение безопасной животноводческой продукции. На качество животноводческой продукции большое влияние оказывают кормление и содержание животных. Для кормления животных используют натуральный пастбищный корм. Роль пастбищ в производстве высококачественных продуктов животноводства вполне объяснима, так как животные «генетически запрограммированы для зеленого ландшафта, незагрязненной воды и чистого воздуха».

На питательную ценность корма определенным образом влияют процессы, связанные с его заготовкой, хранением, технологической переработкой, консервированием. Сено, заготовленное вовремя, считают ценным кормом, благоприятно влияющим на качество животноводческой продукции. В последние десятилетия для кормления животных широко используют силос. О кормовых качествах силоса высказываются по-разному. Одни авторы считают силос полноценным кормом, другие придерживаются прямо противоположной точки зрения.

Кормовые качества силоса могут различаться. Не подлежит сомнению, что силос, содержащий масляную кислоту, приводит к нарушению обмена веществ в организме животных и отрицательно влияет на качество животноводческой продукции. Нри производстве экологически чистой продукции животноводства запрещается вводить в рацион кормления животных искусственные кормовые добавки, антибиотики, стимуляторы роста. Не рекомендуется применять в животноводстве и ветеринарии лечебно-профилактические препараты, «загрязняющие» внутреннюю среду организма животных (соединения ртути и др.).

Важное значение имеет замена лекарств химической природы нехимическими средствами лечения. Так, при лечении и профилактике заболеваний некоторые химические фармакологические препараты могут быть заменены водой (гидротерапия), солнечными лучами (гелиотерапия), искусственными источниками света (УФЛ и др.), массажем и другими средствами терапии и предупреждения болезней животных.

На биогеохимическую пищевую цепь и качество сельскохозяйственной продукции благоприятно влияет охрана сельскохозяйственных экосистем от загрязнений отходами промышленных предприятий (тяжелыми металлами и др.).

Сельскохозяйственная продукция, произведенная в условиях альтернативного земледелия, ценится высоко. И поэтому она должна бы найти широкое распространение во всех странах мира. Однако этого пока не происходит. Н. Ф. Реймерс (1994) указывает, что количество «экологических» хозяйств во Франции невелико — всего 1 %, а в ФРГ еще ниже — 0,2 % общей численности ферм. Невелик и объем производимого экологически чистого продовольствия. Производство экологически чистых продуктов растениеводства в странах Западной Европы составляет 0,1—0,8 %, в США-0,9-1,3 %.

Причин, сдерживающих распространение альтернативного земледелия в мире, немало. Одна из них — сокращение площадей сельскохозяйственных культур вследствие увеличения масштабов травосеяния для производства кормов. Другие причины — относительно невысокая урожайность культур, выращенных в условиях альтернативного, неинтенсивного земледелия; слишком высокие трудовые и финансовые затраты на единицу растениеводческой и животноводческой экологически чистой продукции.

Сельскохозяйственную продукцию альтернативного земледелия охотно покупают, несмотря на ее высокую цену. Возникает конкурентная борьба на рынке сбыта продукции, произведенной по альтернативной и традиционной системам земледелия. Противники альтернативного земледелия доказывают, что минеральные удобрения и пестициды, если они применяются грамотно, не оказывают отрицательного влияния на качество продукции растениеводства и животноводства. Более того, они утверждают, что при определенных условиях и органические удобрения могут быть вредны. Они способны ухудшить качество сельскохозяйственной продукции и, таким образом, представляют определенную опасность для людей.

По мнению многих исследователей, широкомасштабное применение альтернативного земледелия в России пока вряд ли возможно. А. С. Степановских считает, что необходима разработка такой системы ведения сельского хозяйства, в которой были бы использованы положительные стороны альтернативного и традиционного земледелия. Такая система земледелия получила название интегрированной.

Контрольные вопросы и задания

1. Охарактеризуйте ландшафт как экологическую систему. 2. Что такое эрозия почв? 3. Какое экологическое значение имеет борьба с эрозией почв? 4. Какова экологическая роль рекультивации нарушенных земель? 5. Какова экологическая роль лесомелиорации аграрных ландшафтов? 6. Что вы понимаете под альтернативным земледелием? Какие вам известны варианты альтернативной системы сельского хозяйства и какие разработки имеются по этой проблеме? 7. Каковы перспективы развития альтернативной системы сельского хозяйства? 8. Какова роль кормления и содержания животных в получении высококачественной животноводческой продукции? 9. Почему сдерживается внедрение альтернативной системы земледелия в практику сельского хозяйства?

Глава 6