Реферат: Агроэкологическая оценка и разработка экологически безопасных технологий системы земледелия или
Курсовая работа
по сельскохозяйственной экологии
Тема: Агроэкологическая оценка и разработка экологически безопасных технологий системы земледелия или её звеньев в СХП «Колос» Кусинского района
2010
Содержание
Исходные данные
Введение
1. Агроклиматические и почвенные ресурсы
2. Особенности формирования севооборотов
3. Разработка системы обработки почвы
4. Планирование норм удобрений под сельскохозяйственные культуры
4.1 Планирование урожайности
4.2 Расчет доз удобрений под запланированный урожай
5. Баланс питательных элементов в севообороте
6. Почвенно-экологическая оценка
7. Биоэнергетическая оценка эффективности технологии производства сельскохозяйственной продукции
Литература
Исходные данные
Почвенно-климатическая агрозона
Горно-лесная
Почвы – серые лесные оподзоленные 10 %
серая лесная оподзоленная 90 %
Рельеф
Горный
Склоны юго-восточной экспозиции с уклоном 30 — 80 %
Склоны южной экспозиции с уклоном 50 – 20 %
Исходные показатели
Объемная масса метрового горизонта – 1,1 г/см3
Содержание гумуса – 3,96 %
РНсол – 5,7
Содержание подвижного фосфора по Чирикову – 40 мг/кг, калия – 70 мг/кг почвы
Площадь пашни 1500 га
Введение
Система земледелия должна строиться на использовании энерго- и ресурсосберегающих технологиях, направленных на обеспечение повышения почвенного плодородия, развития экологически безопасных агроэкосистем. Технологии, которые направлены на повышение плодородия почв, приводят к негативным экологическим последствиям, к снижению экономической эффективности сельскохозяйственного производства и к социальной напряженности.
В связи с этим дальнейшая интенсификация сельскохозяйственного производства на этом фоне не дает должной отдачи в повышении продуктивности пашни, становится крайне затратной и неустойчивой, ведет к ухудшению экологической обстановки.
Недостаточно изучены экологическая, экономическая и технологическая сущность и причины отрицательных явлений в сельскохозяйственном производстве. Поэтому в основе современного научного подхода должен быть системный метод как непременное условие успешного развития земледелия.
Основа любой системы земледелия — севооборот. Оценку и роль его в современном земледелии проводят по таким критериям: биологизация земледелия, регулирование режима органического вещества почвы и элементов питания, поддержание удовлетворительного структурного состояния почвы, регулирование водного баланса агроценозов, предотвращение эрозии и дефляции, регулирование фитосанитарного состояния посевов и почвы.
По мере роста масштабов использования научно – технических достижений в сельскохозяйственном производстве необходимость грамотного учета природной составляющей существенно возрастает. Научно – техническая революция повысила значимость квалифицированного труда как источника материального богатства, но не может устранить природу как источник естественных сил и вещественных элементов производства. Земля по прежнему остается матерью богатства.
Весьма актуальной остается задача оптимизации приемов защиты растений от сорных растений и вредных организмов. В настоящее время очевидно, что система защиты растений должна быть интегрированной, основываться на регулировании численности вредных организмов до экономически целесообразного экологически безвредного уровня.
1. Агроклиматические и почвенные ресурсы
Хозяйство СХП Колос находится в горно-лесной зоне в Кусинском районе.
Горно-лесная зона занимает северо-западную часть области, включает Ашинский, Катав-Ивановский, Кусинский, Нязепетровский и Саткинский районы. На ее территории расположены города Аша, Златоуст, Катав-Ивановск, Сатка, Кыштым, Верхний Уфалей, Усть-Катав с мощной промышленностью. Эта зона области отличается от других зон самым коротким периодом с температурой выше 10 °С – 110…120 дней, из которых без заморозков в воздухе 90…100, на почве 85…90 дней. В годы, когда случаются в поздние весенние и ранние осенние сроки, безморозный период сокращается до 80 дней. Сумма эффективных положительных температур в горно-лесной зоне 1900…2000 °С, при этом за период активной вегетации растений выпадает 270…300 мм осадков при гидротермическом коэффициенте (ГТК) 1,4…1,8. Поэтому при относительном недостатке тепла условия увлажнения в зоне хорошие. Зима в горно-лесной зоне продолжительная и снежная. Период с устойчивым снежным покровом длится 160…170 дней.
Таблица 1 – Агроклиматическая характеристика зоны
Зона
Сумма осадков, мм
Сумма активных температур, град.
Прод-ть периода с t>10°C, дней
ГТК
Прод-ть безморозного периода. дней
Прод-ть снежного периода, дней
Высота снежного покрова, см
За год
За вегетац. период
Горно-лесная
535-623
250-300
1500-1800
103-120
1,4-1,8
30-70
90-170
60-70
Рельеф местности во взаимодействии с другими факторами играет существенную роль в развитии почвообразовательных процессов, в формировании тех или иных агрономических признаков (свойств) почвы. В Зауралье он обуславливает многие закономерности в распределении почв.
Рельеф играет большую роль в процессах функционирования биосферы и в почвообразовании. Мега- и макрорельефы участвуют в формировании воздушных масс и перераспределении тепла и влаги по земной поверхности, определяя климат и погоду.
Мезо- и микроформы рельефа перераспределяют тепло и влагу в пределах склонов, повышений и понижений. Они определяют особенности микроклимата и глубину залегания грунтовых вод, тем самым формируя мезо- и микроэкосистемы с характерными особенностями почвенного покрова.
Большое влияние рельеф оказывает на формирование агроэкосистем и хозяйственную деятельность человека. В последние годы разрабатываются адаптивно-ландшафтные системы земледелия, в которых рельеф является одним из ведущих факторов выбора культуры и технологий их выращивания.
Таблица 2 – Оценка агроклиматических условий хозяйства
Показатели
Средние многолетние
По хозяйству за последние три года
2004
2005
2006
Сумма активных t° за вегет-й период, °С
2000
1700
1900
2000
Сумма осадков за этот же период, мм
280
310
300
250
ГТК
1,4
1,8
--PAGE_BREAK----PAGE_BREAK----PAGE_BREAK----PAGE_BREAK--66
12
20
75
12
20
75
12
20
5.Использование пит в-в из почвы, кг/га (П Кп)
84,9
13,7
40
96,5
13,7
40
84,9
13,7
40
96,5
13,7
40
84,9
13,7
40
6.Требуется внести пит в-в с мин. удобрениями, кг/га (В-П Кп)
86
3,9
90,6
76,3
48,7
84,8
103
72,2
121,1
12,3
33,9
51,8
63,2
45,6
118
7.Процент исп-я пит в-в из удобрений (Ку)
68
29
42
34
29
42
34
29
42
34
29
42
34
29
42
8.Необходимо внести пит в-в под планир. урожай с учетом % исп-я из удобр., кг/га
126
120
216
224
168
202
303
249
288
36,3
117
123
186
157
281
9.Действ. в-во минер. удобрений, % (С)
34,5
19,5
60
34,5
19,5
60
34,5
19,5
60
34,5
19,5
60
34,5
19,5
60
10.Кол-во мин. уд. которое следует внести в станд. единицах, ц/га (Д)
3,6
6,2
3,6
6,5
8,6
3,4
8,8
12,7
4,8
1,05
6
2,05
5,4
8,05
4,7
Из таблицы видно, что ячмень из почвы выносит больше всего калия (160 кг/га), а люцерна выносит очень много азота (351,3 кг/га), но в свою очередь люцерна также и вносит в почву много азота за счет пожнивных остатков, так как является бобовой культурой и при помощи азотфиксирующих бактерий усваивает азот атмосферы. В хозяйстве используются удобрения: аммиачная селитра, простой суперфосфат и хлористый калий. Чтобы получить высокие урожаи выращиваемых культур необходимо внести под ячмень азота 2,2 ц/га, фосфора 8,9 ц/га, калия 4,7 ц/га; под люцерну на первом поле азота 8,2 ц/га, фосфора 36,5 ц/га, калия 7,7 ц/га, на втором поле – азота 7,5 ц/га, фосфора 36,7 ц/га, калия 8,1 ц/га. Из этого следует, что ячмень нуждается больше всего в фосфоре, а люцерна также в фосфоре. В основное удобрение под ячмень вносят половину азота, половину фосфора и весь калий, затем при посеве вносят оставшийся фосфор и делают подкормку оставшимся азотом. Так как люцерну высевают под покров ячменя, то часть азота, требуемого люцерне, нужно внести под покровную культуру, а также проводить азотные подкормки после каждого скашивания для лучшего отрастания; а перед уходом люцерны в зиму делают подкормки фосфором и калием для лучшего перезимовывания и весеннего отрастания. Технология возделывания сельскохозяйственных культур на эродированных почвах должны предусматривать тщательную заделку удобрений, экологическое обоснование их доз. Увеличение урожайности растений на этих почвах способствует повышению их устойчивости к эрозии в результате лучшего развития растений, их корневых систем и большего количества растительных остатков.
продолжение--PAGE_BREAK--
5. Баланс питательных элементов в севообороте
Баланс питательных элементов – один из главных экономических показателей, показывающий стабильность агросистемы. Баланс складывается из приходной и расходной статей. Основными приходными статьями являются: внесение питательных веществ с органическими и минеральными удобрениями, поступление азота за счет фиксации атмосферного азота клубеньковыми бактериями, поступление азота с осадками, внесение с семенами. Расходование питательных веществ из почвы определяется в основном выносом с урожаем, закреплением в почве, вымыванием соединений азота и калия из корнеобитаемого слоя, потерями в результате эрозии почв.
Таблица 7 – Баланс питательных веществ в севообороте
Показатели
Поле севооборота
клевер
пшеница
горох
овес
ячмень
Выход, ц/га
Поступление азота:
С орг.удобрениями
С мин. уд-ми
Всего
Вынос азота
Дефицит
86,8
-
126
126
170,9
-44,9
48
-
224
224
172,8
51,2
53,7
-
303
303
187,9
115,1
34
-
36,3
36,3
108,8
-72,5
49,4
-
186
186
148,2
37,8
Поступление фосфора:
С орг.удобрениями
С мин. уд-ми
Всего
Вынос фосфора
Дефицит
-
120
120
48,6
71,4
-
168
168
62,4
105,6
-
249
249
85,9
163,1
-
117
117
47,6
69,4
-
157
157
59,3
97,7
Поступление калия:
С орг.удобрениями
С мин. уд-ми
Всего
Вынос калия
Дефицит
-
216
216
130,6
85,4
-
202
202
124,8
77,2
-
288
288
161,1
126,9
-
123
123
91,8
1,2
-
281
281
158
123
По данным таблицы видно, что баланс питательных веществ в севообороте по азоту отрицательный, а по всем фосфору и калию положительный. Это говорит о том, что существует дефицит по азоту, а по фосфору и калию дефицит отсутствует. Но расчет компенсаций элементов питания показал, что азот компенсирован в среднем на 40 %, а оптимальной является компенсация на 80 %, значит, нужно повысить дозы азотных удобрений под ячмень. Компенсация фосфора в среднем составляет 55 % при оптимальном значении 80 %, но дефицита фосфора нет, значит, дозы фосфорных удобрений можно снизить. Компенсация калия должна быть 60 %, а фактически калий компенсируется на 77 % в среднем, значит, нужно снизить дозы калийных удобрений, чтобы снизить экологическую нагрузку на почву. По данным ученых установлено, что для Челябинской области ежегодно нужно вносить от 7 до 10 т навоза на 1 га. С целью повышения роли навоза в восстановлении плодородия необходимо изменить технологию его приготовления, хранения и применения.
6. Почвенно-экологическая оценка
В настоящее время отсутствуют рекомендации по оценке пределов воздействия, обеспечивающих экологическую опасность агроэкосистем. Особенно затруднена их разработка на территориях со сложным почвенным покровом, подверженных эрозии, загрязненных радионуклидами. В этих условиях можно ожидать возникновение как синергических, так и антагонистических экологических эффектов.
В наземных экосистемах именно почвенный покров является аккумулятором, носителем и трансформатором информации о былых и современных воздействиях. Это дает основание рассматривать его как критическое звено в экологических цепях при оценке пределов воздействия сельскохозяйственных технологий.
Почвенно-экологическая оценка проводится на основании свойств почв и климатических показателей по почвенно-экологическому индексу (ПЭИ). Это комплексный показатель, свидетельствующий о состоянии пахотных земель и по сравнению с аналогами делается вывод о деградации почв или их улучшении.
Почвенно-экологический индекс рассчитывается по формуле, предложенной доктором сельскохозяйственных наук, членом-корреспондентом РАСХН Кармановым И.И. (7):
ПЭИ=12,5(2-V)П*Дс*(St>10°(КУ-Р)/КК+100)*А, (7)
где V – плотность (объемная масса) в среднем для метрового слоя, г/см3;
2 – максимально возможная плотность, г/см3;
П – «полезный» объем почвы в метровом слое (поправочный коэффициент по механическому составу);
Дс – дополнительно учитываемые свойства почвы: коэффициенты содержания гумуса, рН солевой вытяжки, степень эродированности почвы, гидроморфность, степень солонцеватости и др.;
St>10° — средняя сумма температур более 10 °С;
КУ – коэффициент увлажнения;
Р – поправка к коэффициенту увлажнения;
КК – коэффициент континентальности;
А – итоговый агрохимический показатель – содержание элементов питания (коэффициенты).
Находим коэффициент по гумусу Кг (8):
8,8 / 7*100 = 125,7 % — далее смотрим по приложению 13 Кг=1,096.
Находим коэффициент по кислотности КрН – см. по приложению 16 – по фактической кислотности 4,9 КрН =0,920.
Коэффициент увлажнения КУ рассчитывается по формуле (9):
КУ=SОс*Дк/St>10+500 = 280*5,3 /2000+500 = 0,594,
где Дк – дополнительный коэффициент для горно-лесной зоны составляет 5,3.
Поправка берется из таблицы и составляет 0,03, поэтому показатель (КУ-Р)=0,594-0,03=0,569.
Коэффициент континентальности КК рассчитывается (10):
КК=360(t max — t min)/У+10,
где t max – среднемесячная температура июля; t min – среднемесячная температура января; У – широта местности.
КК=360(17-(-16))/56,30+10=179.
Итоговый климатический показатель(11):
(t>10(КУ-Р)/КК+100) = 2000*0,569/179+100 = 4,079.
Коэффициенты для фосфора Кр и для калия Кк находим по таблице:
Кр = 1,030; Кк = 1,020.
Почвенно-экологический индекс (12):
ПЭИ=12,5*(2-1,3)*1*1,096*0,920*4,097*1,030*1,020=37,9 баллов.
Почвенно-экологический индекс как комплексный показатель свидетельствует о том, что состояние пахотных разновидностей основных типов почв ухудшается по сравнению с целинными аналогами. Сравнивая почвенно-экологический индекс почв СХП Колос с почвенно-экологическим индексом в целом по горно-лесной зоне, можно сказать, что состояние пахотных земель в Кусинском районе ухудшилось. Использование почв в пашне приводит к деградации в первую очередь таких показателей плодородия, как сложение почвенного профиля, валовое содержание гумуса, азота, фосфора и калия, состояние почвенного поглощающего комплекса.
продолжение--PAGE_BREAK--
7. Биоэнергетическая оценка эффективности технологии производства сельскохозяйственной продукции
Проблема увеличения урожайности культур в сельском хозяйстве связана с интенсификацией производства и сопровождается увеличением затрат не возобновляемой энергии. Поэтому важно разрабатывать и использовать энергопротивозатратные технологии производства, при которых меньше расходуется энергии на производство растениеводческой продукции.
Значимость энергетической оценки возникает из диспропорции между энергопотреблением и энергопроизводством, то есть необходимо определить степень окупаемости энергетических затрат энергией, накопленной в урожае.
Таблица 8 – Расчет затрат совокупной энергии, переносимой сельскохозяйственной техникой на 1 га посевов
Вид работ
Марка машины
Количество
Время работы машины, ч/га
Норматив энергетических затрат на 1 ч. МДж
Затраты совокупной энергии на 1 га, МДж
Ячмень
1.погрузка минер. уд.
МТЗ-82
ПЭ-0,8А
1
1
0,192
76,8
30,1
14,7
5,8
2.транспортировка мин. уд.
МТЗ-82
1-РМГ-4
1
1
0,192
76,8
103,7
14,7
20,0
3.внесение мин. уд.
МТЗ-82
1-РМГ-4
1
1
0,192
76,8
103,7
14,7
20,0
4.вспашка
ДТ-75
ПЛН-4-35
1
1
0,534
174,0
16,0
92,9
8,5
5.боронование в 2 следа
ДТ-75
СП-16
БЗСС-1,0
1
1
12
0,192
174,0
141,0
8,3
33,4
27,0
1,6
6.культивация
ДТ-75
КПЭ-3,8
1
1
0,534
174,0
58,8
92,9
31,4
7.подвоз воды
МТЗ-82
РЖТ-4
1
1
0,192
76,8
126,7
14,7
24,3
8.опрыскивание
МТЗ-82
ОПШ-15
1
1
0,192
76,8
221,4
14,7
42,5
9.культивация
ДТ-75
КПЭ-3,8
1
1
0,534
174,0
58,8
92,9
31,4
10.протравливание семян
Эл.двиг.
ПС-10
1
1
0,192
33,1
6,3
11.погрузка семян
Эл.двиг.
ЗПС-60
1
1
0,192
40,1
7,7
12.транспортировка семян
МТЗ-82
2ПТС-4
1
1
0,192
76,8
45,6
14,7
8,7
13.погрузка мин. уд.
МТЗ-82
ПЭ-0,8А
1
1
0,192
76,8
30,1
14,7
5,8
14.транспортировка мин. уд.
МТЗ-82
1-РМГ-4
1
1
0,192
76,8
103,7
14,7
20,0
15.посев+внесение уд.
МТЗ-82
СЗП-3,6
1
1
0,534
76,8
188,9
41,0
100,9
16.прикатывание
ДТ-75
СП-16
ЗККШ-6
1
1
1
0,192
174,0
141,0
187,2
33,4
27,1
35,9
17.довсходовое боронование
ДТ-75
СП-16
БЗСС-1,0
1
1
12
0,192
174,0
141,0
продолжение--PAGE_BREAK--
8,3
33,4
27,1
1,6
18.повсходовое боронование
ДТ-75
СП-16
БЗСС-1,0
1
1
12
0,192
174,0
141,0
8,3
33,4
27,1
1,6
19.погрузка мин. уд.
МТЗ-82
ПЭ-0,8А
1
1
0,192
76,8
30,1
14,7
5,8
20.транспортировка мин. уд.
МТЗ-82
1-РМГ-4
1
1
0,192
76,8
103,7
14,7
20,0
21.внесение мин. уд.
МТЗ-82
1-РМГ-4
1
1
0,192
76,8
103,7
14,7
20,0
22.подвоз воды
МТЗ-82
РЖТ-4
1
1
0,192
76,8
126,7
14,7
24,3
23.опрыскивание
МТЗ-82
ОПШ-15
1
1
0,192
76,8
147,6
14,7
28,3
24.уборка ячменя
Енисей-1200
1
0,534
1500,0
801
25.транспортировкасемян от комбайна на ток
МТЗ-82
2ПТС-4
1
1
0,192
76,8
45,6
14,7
8,7
26.очистка семян
Эл.двиг.
ОВП-20
1
1
0,192
3307,8
635,1
27.сортировка семян
Эл.двиг.
СМ-4
1
1
0,192
2350,0
451,2
28.сволакивание соломы
ДТ-75
ВТУ-10
1
1
0,534
174,0
37,5
92,9
20,0
29.скирдовка соломы
МТЗ-82
ПЭ-0,5
1
1
0,534
76,8
30,2
41,0
16,1
Итого
3228,1
Затраты совокупной энергии на машины и оборудование рассчитывают с учетом времени их использования по периодам работ и в целом по возделыванию культуры.
Наибольшую долю затрат совокупной энергии занимают семена, топливо, машины и оборудование, также удобрения и пестициды. Основная часть эксплуатационных затрат совокупной энергии приходится на уборку и транспортировку урожая.
Таблица 9 – Биоэнергетическая эффективность производства сельскохозяйственной продукции севооборота
№ п/п
Показатель
Пшеница
Овес
Ячмень
1
Затраты совокупной энергии, МДж/га
18214,89
18214,89
18214,89
2
Урожайность, ц/га
48
34
49,4
3
Энергоемкость 1 ц зерна, МДж
1631,0
1631,0
1631,0
4
Выход валовой энергии в урожае, Дж/га
78288
55454
80571,4
5
Энергетический коэффициент
4,29
3,04
4,4
6
Приращение валовой энергии в урожае, МДж/га
60073,1
37239,1
62356,51
Из таблицы видно, что прирост валовой энергии в урожае, особенно по пшенице и ячменю, намного превышает затраты совокупной энергии. Это говорит о высокой биоэнергетической эффективности производства в СХП Колос, что оправдывает затраты этого хозяйства на возделывание культур по технологии и системы обработки почвы почвозащитного севооборота.
Заключение
Районы горно-лесной зоны расположены на западном предгорье Уральских гор, поэтому почвы подвержены только водной эрозии, преимущественно плоскостному смыву. Этому способствует то обстоятельство, что 90 % площади пашни имеет крутизну склонов 5°, а годовая сумма осадков составляет 450-600 мм, которые в летний период часто носят ливневый характер.
В СХП Колос лесные горные оподзоленные почвы сильно подвержены эрозии. Поэтому необходимо проводить ряд почвозащитных мероприятий – плоскорезная обработка на глубину 12…14 см под зерновые, безотвальную вспашку поперек склона, чизельную обработку и минимализацию в условиях интенсивного земледелия и проявления эрозионных процессов, применять травопольные севообороты как основу растениеводства, так как при использовании многолетних трав отчуждается только треть органического вещества, а оставшаяся часть остается в почве и участвует в образовании гумуса.
Так как почвы имеют рН солевой вытяжки 4,9, то есть обладают среднекислой реакцией, можно провести известкование. Оно заметно улучшает физико-химическое состояние, структуру и водопрочность почвенных агрегатов, приводит к ускоренному росту и развитию растений. Положительное действие извести зависит от тщательности ее перемешивания с почвой.
Деградационные процессы горных лесных почв Кусинского района связаны с истощением запасов элементов питания, это можно остановить путем применения удобрений. Расчет компенсаций элементов питания показал, что азот компенсирован в среднем на 40 %, а оптимальной является компенсация на 80 %, значит, нужно повысить дозы азотных удобрений под ячмень. Компенсация фосфора в среднем составляет 55 % при оптимальном значении 80 %, но дефицита фосфора нет, значит, дозы фосфорных удобрений можно снизить. Компенсация калия должна быть 60 %, а фактически калий компенсируется на 77 % в среднем, значит, нужно снизить дозы калийных удобрений, чтобы снизить экологическую нагрузку на почву.
Для сбалансированного воспроизводства элементов питания в почве необходимо ежегодно вносить на 1 га пашни не менее 100-110 кг действующего вещества минеральных удобрений и 5-7 т органических удобрений.
Чтобы не нарушить экологическую ситуацию и гумусовое состояние почв, азотные удобрения следует применять с учетом выноса азота урожаем и его мобилизации за счет почвенного фонда.
Почвенно-экологический индекс по расчетам оказался ниже, чем у земель горно-лесной зоны в целом. Главной причиной является увеличение плотности метрового слоя, повышение кислотности, эрозионные процессы.
Также в СХП Колос оказалось экономически эффективно производство сельскохозяйственной продукции, то есть выход валовой энергии в урожае намного превышает затраты совокупной энергии.
Литература
Воробьев С.А. Земледелие с основами почвоведения и агрохимии. М.: КолоС, 1981.
Кирюшин В.И. Экологические основы земледелия. М.: КолоС, 1996.
Козаченко А.П. Состояние почв и почвенного покрова Челябинской области по результатам мониторинга земель сельскохозяйственного назначения. Челябинск, 1997.
Проберж Э.С. Методические указания по выполнению курсовой работы по сельскохозяйственной экологии. Ч.: 2002.
Проберж Э.С. Определение состояния сельскохозяйственных экосистем: методические указания к лабораторно-практическим занятиям по сельскохозяйственной экологии. Ч.: 2002.
Степановских А.С. Общая экология. М. – К.: 1996.
Черников В.А., Чекерес А.И. Агроэкология. М.: Колос, 2000.
Ягодин Б.А. Агрохимия. М.: Колос, 1982.