Лекция 7. АГРОЭКОЛОГИЧЕСКИЙ МОНИТОРИНГ В ИНТЕНСИВНОМ ЗЕМЛЕДЕЛИИ
1. Понятие, цели и задачи агроэкологического мониторинга.
2. Основные принципы агроэкологического мониторинга.
3. Информационной базе в системе агроэкологического мониторинга.
4. Методические приемы изучения природной среды.
5. Локальный агроэкологический мониторинг.
6. Сплошной агроэкологический мониторинг.
1. Агроэкологический мониторинг является важной составляющей общей системы мониторинга и представляет собой общегосударственную систему наблюдений и контроля за состоянием и уровнем загрязнения агроэкосистем (и сопредельных с ними сред) в процессе интенсивной сельскохозяйственной деятельности (рис. 1).
Рис. 1. Содержание агроэкологического мониторинга:
1...3— сточные и грунтовые воды; 4, 12— питьевые воды; 5—выделения, 6 —токсиканты; 7—корма; 8..11— продукты питания
Основная конечная цель его — создание высокоэффективных, экологически сбалансированных агроценозов на основе рационального использования и расширенного воспроизводста природно-ресурсного потенциала, грамотного применения средств химизации и т. д.
В задачи агроэкологического мониторинга входят:
● организация наблюдений за состоянием агроэкосистем;
● получение систематической объективной и оперативной информации по регламентированному набору обязательных показателей, характеризующих состояние и функционирование основных компонентов агроэкосистем;
● оценка получаемой информации;
● прогноз возможного изменения состояния данного агроценоза или системы их в ближайшей и отдаленной перспективе;
● выработка решений и рекомендаций;
● консультации;
● предупреждение возникновения экстремальных ситуаций и обоснование путей выхода из них;
● направленное управление эффективностью агроэкосистем.
2. Основными принципами агроэкологического мониторинга являются:
1. Комплексность, т. е. одновременный контроль за тремя группами показателей, отражающих наиболее существенные особенности вариабельности агроэкосистем (показатели ранней диагностики изменений; показатели, характеризующие сезонные или краткосрочные изменения; показатели долгосрочных изменений).
2. Непрерывность контроля за агро-экосистемой, предусматривающая строгую периодичность наблюдений по каждому показателю с учетом возможных темпов и интенсивности его изменений.
3. Единство целей и задач исследований, проводимых разными специалистами (агрометеорологами, агрохимиками, гидрологами, микробиологами, почвоведами и т. д.) по согласованным программам под единым научно-методическим руководством.
4. Системность исследований, т. е. одновременное исследование блока компонентов агроэкосистемы: атмосфера — вода — почва — растение — животное — человек.
5. Достоверность исследований, предусматривающая, что точность их должна перекрывать пространственное варьирование, сопровождаться оценкой достоверности различий.
6. Одновременность (совмещение, сопряженность) наблюдений по системе объектов, расположенных в различных природных зонах.
3. В агроэкологическом мониторинге выделяются две взаимосвязанные по информационной базе подсистемы: научная и производственная.
Научной базой подготовки исходных данных для применения технологических решений является полигонный агроэкологический мониторинг. Такой мониторинг может осуществляться на делянках длительных опытов, постоянных участках слежения, реперных точках. Он при условии оснащения современными приборами и оборудованием позволяет проводить фундаментальные исследования по широкому спектру вопросов.
Производственная система включает мониторинг всех используемых сельскохозяйственных площадей страны по сравнительно небольшому набору показателей через 5...15 лет. Позволяет получить надежную систему сроковых характеристик.
Единая система агроэкологического мониторинга позволяет сосредоточить усилия различных организаций для всесторонних наблюдений и последующей пространственной оценки экологического состояния земель и других базовых элементов агроэкосистем. На этой основе возможна разработка достаточно объективной системы информации для решения кратковременных и долговременных агроэкологических задач.
Основные принципы организации полигонного агроэкологического мониторинга. В качестве полигонов для агроэкологического мониторинга используют длительные опыты географической сети. Целесообразность использования таких полигонов определяется тем, что они, как правило, отражают систематическое воздействие на почву и другие компоненты экосистемы наиболее широко распространенного техногенного фактора — удобрений и пестицидов, проводятся в строгом соответствии с требованиями единой методики на фоне высокой агротехники, рекомендуемой зональными системами земледелия. При этом широкий набор вариантов с различной химической нагрузкой позволяет в конечном счете установить экологически оптимальные системы удобрений и средств защиты для конкретных почвенно-климатических условий, разработать обоснованные нормативы нагрузок, уточнить ПДК и т. д. Таким образом, необходимым (да и, пожалуй, неизбежным) процессам химизации можно придать надлежащую экологичность. Использование в качестве полигонов агроэкологического мониторинга опорных базовых вариантов длительных опытов направлено на эколого-агрохимическую оценку:
* различного насыщения почв минеральными удобрениями (особенно азотными);
* использования химических средств зашиты растений, стимуляторов роста и т. д.;
* применения мелиорантов (извести, гипса и др.);
* органических удобрений, растительных остатков промежуточных культур, сидератов;
* биологических (без или с минимальным использованием средств химизации) систем земледелия.
4. Один из методических приемов изучения природной среды — разделение ее на определенные подсистемы (блоки) в зависимости от целей эксперимента. В качестве изучаемых вариантов, например, целесообразно использовать принятые системы земледелия, обеспечивающие различные уровни продуктивности агроэкосистемы. В учреждениях, имеющих хорошую опытную базу для разработки новых, более совершенных, позволяющих выйти на заданную продуктивность систем земледелия, агроэкологические проблемы можно решить более масштабно. Такой полигон состоит из трех-четырех вариантов с различными системами земледелия, насыщенностью удобрениями и средствами защиты растений и др. Набор же вариантов при проведении агроэкологического мониторинга обязательно должен охватывать весь спектр исследуемых уровней продуктивности (как оптимальные, так и экстремальные). В частности, вариант:
■ с интенсивным возделыванием сельскохозяйственных культур, обеспечивающий максимальную для данных зональных условий продуктивность севооборота на основе использования прогрессивных технологий возделывания сельскохозяйственных культур (первый уровень продуктивности);
■ с использованием интегрированных систем удобрений и средств химической защиты растений, обеспечивающих достаточно высокую продуктивность на основе низких и средних доз удобрений и «мягких» способов применения химических средств защиты растений по экономическим порогам вредности (второй уровень продуктивности);
■ с биологическим способом ведения земледелия, основанный на использовании лишь органических удобрений, промежуточных культур, запашке соломы и т. д., в севооборотах с достаточным содержанием бобовых для обеспечения всех культур севооборота биологическим азотом при биологической и агротехнической системах зашиты растений (третий уровень продуктивности);
■ соответствующий абсолютному контролю (экстенсивный способ ведения земледелия), отражающий современное естественное плодородие пахотных угодий данной зоны (четвертый уровень продуктивности).
В зависимости от конкретных условий можно рассматривать варианты с орошением, использованием химических мелиорантов и т. д.
Комплексные полигонные опыты позволяют оценить экологию тех или иных систем земледелия и технологию возделывания культур. Вместе с тем остается нераскрытым значение отдельных приемов и их сочетаний в контексте положительного или отрицательного воздействия на окружающую среду, для изучения которых служат стационарные полевые опыты, причем ценность результатов определяется их длительностью.
Наиболее информативными являются продолжительные многофакторные опыты. Их целесообразно планировать как полные факторные опыты или как выборки из полных схем. Изучая в таких опытах несколько факторов, можно достаточно объективно оценить возможное раздельное или совместное их действие на изучаемые показатели и процессы. Широкий диапазон факторов служит основанием для выбора оптимальных их значений с учетом агрономических и экологических критериев оптимальности.
5. Локальный агроэкологический мониторинг проводят в производственных условиях в опытно-показательных и базовых хозяйствах, расположенных в основных почвенно-климатических регионах страны. В его задачи входят: проведение систематических наблюдений за состоянием основных компонентов аг-роэкосистемы (почва — вода — растения) под влиянием интенсивного применения средств химизации; оценка и прогноз изменений состояния названных компонентов в зависимости от техногенных нагрузок; изучение и оценка высокоэффективных экологически безопасных технологических приемов в земледелии и разработка мер по их широкому применению в производственных условиях.
В системе локального мониторинга проходят апробацию основные технологические решения, полученные на полигонных объектах.
6. Сплошной агроэкологический мониторинг осуществляют учреждения Гипрозема, Агрохимслужбы и др., которые периодически (через 5лет) обследуют почвенный покров страны (рН, содержание гумуса, эродированность, засоленность, содержание подвижных форм N, Р, К). По данным обследований составляют почвенные и агрохимические очерки, в которых дают всестороннюю характеристику землепользования хозяйств и рекомендации по его улучшению. Составляют также картограммы и карты. При проведении таких обследований можно выявить (а затем отразить на картографическом материале) антропогенные, техногенные, эрозионные и другие изменения свойств почв и состояния почвенного покрова.
При сплошном агрохимическом мониторинге предусматривают также ежегодную комплексную диагностику минерального питания по основным этапам органогенеза.
Для проведения мониторинга на типичных по почвенному покрову полях с разной интенсивностью химических нагрузок выделяют постоянные участки (реперные площадки), на которых изучают динамику широкого набора показателей, служащих основой для последующей экологической оценки применяемых технологий. Наблюдательные (фоновые участки) площадки организуют и на ближайших почвенных аналогах, не подвергающихся антропогенному воздействию (целина, залежь, естественные угодья).
Наиболее перспективное направление проведения сплошного производственного агроэкологического мониторинга—дистанционная аэрокосмическая съемка.
