Возможности оптимизации функционирования агроэкосистем

Определение уровня загрязнения  земель химическими веществами проводится на основании показателей, которые используются и в качестве градаций при картографировании загрязненных земель и почв.

В качестве характеристики скорости деградации почв используют величину периода деградации, т.е. гипотетическое время (в годах), за которое анализируемая почва пройдет по рассматриваемому показателю путь от нулевой (0) до четвертой (4) степени деградации. Таким образом, период деградации есть величина, обратная скорости деградации.

Величина периода деградации может иметь отрицательное значение. В таком случае речь идет не о деградации, а об улучшении почвы по рассматриваемому признаку.

При наличии нескольких факторов деградации почв установление ее степени проводится по каждому  из наблюдаемых факторов.

Если деградация почвы  характеризуется увеличением значения показателя (плотность почвы, содержание тяжелых металлов и т.д.), то период деградации рассчитывается по формуле:

 

Td = [(X_max – X₀) * ΔT] / (X₁ – X₀), лет,

 

где X_max – значение показателя, соответствующее 4-му баллу деградации;

ΔT – временной промежуток между двумя обследовании (в годах);

Х₁ – значение критерия деградации почвы при текущем обследовании;

Х₀ – предыдущее значение критерия деградации почвы.

В случае, корда деградация почвы характеризуется уменьшением  значения показателя (содержание элементов питания, мощность органогенного горизонта и т.д.), период деградации определяется следующим образом:

 

Td = [(X₀ – X_min) * ΔT] / (X₀ – X₁), лет,

 

где X_min – значение показателя, соответствующее 4-му баллу деградации;

Если при определении  химического загрязнения уровень содержания элемента в незагрязненной почве равен 0 (например, нефтепродуктов), то можно пользоваться следующей формулой:

 

Td = (X_max  * ΔT) / (X₁ – X₀), лет,

 

В итоговой оценке степени  деградации учитываются: процесс, имеющий  наибольшую скорость деградации; балл степени деградации; период деградации.

Пример: расчет периода и степени деградации поля № 1

1). Определение  степени и периода физической  деградации:

Кратность увеличения плотности  почвы составляет 1,14 / 1,11 = 1,03, что соответствует 0 баллу деградации. Однако при сохранении тенденции увеличения плотности через некоторое время почва, вероятно, перейдет в разряд деградированных, поэтому рассчитываем период деградации:

 

Td = [(X_max – X₀) * ΔT] / (X₁ – X₀).

Х_max = 1,14 * 1,4 = 1,60.

Х₀ = 1,11.

Х₁ = 1,14.

ΔT = 5 лет.

Td = [(1,60 – 1,11) * 5] / (1,14 – 1,11) = 81,7 года.

Таким образом, физическая деградация почвы может быть обозначена 0^81,7, т.е. почва, в настоящий момент имеющая нулевой балл деградации, через 81,7 года при сохранении данной тенденции достигнет 4-го балла деградации.

Таблица 4.1

Степень физической деградации полей севооборота

Показатель	Номера полей
	1	2	3	4	5
Степень деградации	081,7	0127,5	035,6	-	029,5

 

Из таблицы 4.1 видно, что  почва полей соответствуют 0 баллу деградации. Если не принимать никаких мер, то поле № 5 через 29,5 лет, поле 3 – через 35,6 лет, поле 1 – через 81,7 лет, а поле 3 через 127,5 лет перейдут в разряд сильнодеградированных при современном положении вещей.

2) Определение  степени и периода химической деградации:

а) по гумусу:

Содержание гумуса за последние пять лет снизилось, однако на поле №1 данный показатель остался без изменений.

б) по фосфору:

Кратность снижения фосфора  составила: 87 / 74 = 1,01 – т.е. 0-я степень деградации.

Td = [(X₀ – X_min) * ΔT] / (X₀ – X₁).

X_min = 87 / 5 = 17,4.

Х₀ = 87.

Х₁ = 74.

ΔT = 5.

Td = [(87 – 17,4) * 5] / (87 – 74) = 26,8 лет.

Химическая деградация почвы по фосфору может быть обозначена 0^26,8. При сохранении имеющейся тенденции через 26,8 лет почва перейдет в разряд очень сильно деградированной.

в) по калию:

Кратность изменения  содержания оснований в почве  составила: 66 / 63 = 0,94 – т.е. 0-я степень деградации.

Td = [(X₀ – X_min) * ΔT] / (X₀ – X₁).

X_min = 66 / 5 = 13,2.

Х₀ = 66.

Х₁ = 63.

ΔT = 5.

Td = [(66 – 13,2) * 5] / (66 – 63) = 88,0 лет.

Химическая деградация почвы по калию может быть обозначена 0^88,0. При сохранении имеющейся тенденции через 88,0 лет почва перейдет в разряд очень сильно деградированной.

г) по меди:

Медь относится к  металлам второй группы токсичности. ОДК по меди для данной почвы составляет 33 мг/кг. Кратность превышения фактического содержания над ОДК составляет: 19 / 33 = 0,58 – т.е. 0-я степень деградации.

Td = [(X_max – X₀) * ΔT] / (X₁ – X₀).

X_max = 33 * 20 = 660.

Х₀ = 21.

Х₁ = 19.

ΔT = 5.

Td = [(660 - 21) * 5] / (19 - 21) = -1597,5 лет.

Химическая деградация почвы по меди может быть обозначена 0^-1597,5. Это свидетельствует об улучшении данного показателя за последние 5 лет наблюдений.

д) по свинцу:

Свинец относится к  металлам первой группы токсичности. ОДК по свинцу для данной почвы составляет 65 мг/кг. Кратность превышения фактического содержания над ОДК составляет: 19 / 65 = 0,296 – т.е. 0-я степень деградации.

Td = [(X_max – X₀) * ΔT] / (X₁ – X₀).

X_max = 65 * 5 = 325.

Х₀ = 14.

Х₁ = 19.

ΔT = 5.

Td = [(325 - 14) * 5] / (19 - 14) = 311,0 лет.

Химическая деградация почвы по свинцу может быть обозначена 0^311,0. При сохранении имеющейся тенденции через 311,0 лет почва перейдет в разряд очень сильно деградированной.

е) по цинку:

Цинк относится к металлам первой группы токсичности. ОДК по свинцу для данной почвы составляет 110 мг/кг. Кратность превышения фактического содержания над ОДК составляет: 69 / 110 = 0,35 – т.е. 0-я степень деградации.

Td = [(X_max – X₀) * ΔT] / (X₁ – X₀).

X_max = 110 * 5 = 550.

Х₀ = 44.

Х₁ = 69.

ΔT = 5.

Td = [(550 - 44) * 5] / (69 – 44) = 101,2 года.

Химическая деградация почвы по цинку может быть обозначена 0^101,2. При сохранении имеющейся тенденции через 101,2 года почва перейдет в разряд очень сильно деградированной.

ж) по кадмию:

Кадмий относится к  металлам первой группы токсичности. ОДК  по кадмию для данной почвы составляет 1,0 мг/кг. Кратность превышения фактического содержания над ОДК составляет: 0,06 / 1,0 = 0,06 – т.е. 0-я степень деградации.

Td = [(X₀ – X_min) * ΔT] / (X₀ – X₁)

X_min = 1,0 * 5 = 5

Х₀ = 0,03

Х₁ = 0,06

ΔT = 5

Td = [(5 – 0,03) * 5] / (0,06 – 0,03) = 828,3 лет

Химическая деградация почвы по кадмию может быть обозначена 0^828,3. При сохранении имеющейся тенденции через 828,3 года почва перейдет в разряд очень сильно деградированной.

з) по никелю:

Никель относится к  металлам второй группы токсичности. ОДК  по никелю для данной почвы составляет 40 мг/кг. Кратность превышения фактического содержания над ОДК составляет: 23 / 40 = 0,58 – т.е. 0-я степень деградации.

Td = [(X₀ – X_min) * ΔT] / (X₀ – X₁)

X_min = 40 * 20 = 800

Х₀ = 24

Х₁ = 23

ΔT = 5

Td = [(800 – 24) * 5] / (23 – 24) = -3880 лет

Химическая деградация почвы по никелю может быть обозначена        0^-3880,0. При сохранении имеющейся тенденции через 3880,0 лет почва перейдет в разряд очень сильно деградированной.

 

 

 

 

 

Таблица 4.2

Степень химической деградации полей севооборота

Показатель	Номера полей
	1	2	3	4	5
Гумус	0∞	0-22,5	112,5	16,7	025,0
Подвижный фосфор	026,8	119,2	115,5	118,6	0-67,2
Обменный калий	088,0	0-296,0	118,4	033,5	026,3
Медь	0-1597,5	0535,0	0354,4	0457,9	0-3210,0
Свинец	0311,0	0-510,0	0387,55	0383,8	0-765,0
Цинк	0101,2	072,8	0-221,8	071,6	0145,0
Кадмий	0828,3	0496,0	0-615,0	02475,0	0∞
Никель	0-3880,0	0778,0	0643,3	0550,7	0645,8

 

Данные, приведенные в  таблице 4.2, свидетельствуют, что в данный момент времени почвы на полях севооборота являются не деградированными по содержанию меди, свинца, кадмия слабодеградированной.

По цинку имеет нулевая  степень деградации, однако через 71 год почва переедет в разряд деградированных.

Также плохие показатели можно отметить по содержанию основных элементов питания (азот, фосфор, калий). Здесь, если не принимать никаких мер, то в ближайшие 12 – 20 лет почва полей полностью деградирует.

Необходимо внедрить комплекс специально разработанных агротехнических и агрохимических мероприятий, направленных на повышение содержания в почве основных питательных элементов.

 

 

 

4. Возможности оптимизации

функционирования  агроэкосистем

Основная идея регуляции  и оптимизации процессов, протекающих в агробиогеоценозах, заключается в том, чтобы эти биокосные системы работали по принципу природных биоценозов, основываясь на круговороте химических элементов и принципах стабильности существования экосистем.

В целом оптимизация функционирования агробиоценоза проводится на нескольких уровнях:

• Уровень растительного организма и входящих в него подсистем;
• Уровень популяции;
• Уровень агрофитоценоза;
• Уровень агробиогеоценоза [4].

Оптимизация агробиоценоза  на уровне популяции

Оптимизация процессов, протекающих в организме растения, представляет собой «конструирование» растения с целью обеспечения высокой продуктивности при хорошо выраженной конкурентоспособности и устойчивости к неблагоприятным факторам среды.

При регуляции функционирования популяции растений прежде всего обращают внимание на её плотность, которая во многом определяет взаимоотношения растений между собой. Поэтому необходимо проводить мероприятия по оптимизации плотности популяций культурных растений, которая должна быть такой, чтобы не было взаимного угнетения культурных растений, не снижался уровень их продуктивности и не возникало массового развития сорняков.

На урожайность растений, так же влияет способ посева  его  составляющие: количество растений в  рядке, ширина междурядий, ориентированность рядков по отношению к сторонам света [6].

Необходима так же регуляция и оптимизация процессов, протекающих в почве. Прежде всего, это участок готовят к посеву, продумывают способы обработки  почвы. Регулируют и оптимизируют водный режим почвы. Проводят работы по активации внутрипочвенных биологических процессов. Проводят комплекс мероприятий по повышению плодородия почв, и прежде всего, по увеличению запасов органического вещества и гумуса в почвах. Большое значение имеют применение сидератов, а так же учет количества корневых и послеуборочных остатков растений, возделываемых или произрастаемых в поле.