Методические указания к изучению аграрных ландшафтов студентами младших курсов экологического факультета (часть 1)

Научный электронный журнал КубГАУ . № 01(17), 2006

МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ К ИЗУЧЕНИЮ АГРАРНЫХ ЛАНДШАФТОВ СТУДЕНТАМИ МЛАДШИХ КУРСОВ ЭКОЛОГИЧЕСКОГО ФАКУЛЬТЕТА (часть 1)

Кубанский государственный аграрный университет

В статье изложены основные направления изучения аграрных ландшафтов студентами экологического факультета. Полученные данные могут использоваться для написания курсовых и дипломных работ.

The article is devoted to the basic directions of the agrarian landscape studies made by Ecology department students. The received data may be used for creating term papers and degree works.

Антропогенные ландшафты, чаше всего рассматриваемые студентами в качестве объектов исследования, довольно разнообразны по характеру использования. Наибольшее внимание обычно привлекают аграрные ландшафты, занимающие значительное место на территории Краснодарского края [1].

При изучении аграрных экосистем основное внимание студентов уделяется соответствию сельскохозяйственного производства требованиям экологической безопасности.

Следует отметить, что аграрные ландшафты – естественные природные системы, измененные человеком в процессе сельскохозяйственного производства. Аграрные ландшафты занимают одно из важнейших мест в биосфере (около 1,5 млрд. га суши), обеспечивая сельскохозяйственной продукцией население планеты. Основными признаками аграрных систем являются [1]:

- коренное преобразование растительных сообществ в сторону создания монодоминантных агрофитоценозов;

- изменение видового состава животных с преимущественным разведением отдельных видов;

- связанное с указанными факторами изменение абиотических параметров среды.

Аграрные ландшафты регулируются с помощью импорта вещества и энергии с целью поддержания состояния наивысшей продуктивности и предотвращения сукцессии (рис. 1).

Рисунок – 1 Схема функционирования агроландшафта [2]

В составе агроландшафта основную роль играет агробиоценоз. В его основе находятся искусственно созданные, обедненные видами и регулярно поддерживаемые человеком сообщества. Агробиоценоз включает те же компоненты (автотрофный и гетеротрофный), что и естественные сообщества, но набор видов довольно специфичен, что обусловлено направлением сельскохозяйственного производства:

1. Культурные растения, высеянные (высаженные) человеком.

2. Сегетальные, рудеральные, паскуальные виды, проникшие в агробиоценоз помимо воли человека. Также дикорастущие растения в составе фрагментов сохранившейся естественной растительности.

3. Одомашненные животные, выращиваемые человеком ради получения продукции (мяса, молока, шерсти и т.д.).

4. Позвоночные животные, живущие в почве, посевах, защитных лесонасаждениях (птицы, грызуны и др.).

5. Беспозвоночные животные (почвенные, наземные, паразитические).

6. Симбиотические организмы – клубеньковые бактерии, микоризообразующие грибы культурных и сорных растений.

7. Свободноживущие бактерии, грибы, актиномицеты, водоросли.

8. Грибы, бактерии, вирусы – паразиты растений и животных.

9. Бактериофаги – паразиты микроорганизмов.

Агробиоценозы отличаются высокой продуктивностью (урожайностью) одного или нескольких видов (сортов, пород) растений или животных. Выращиваемые культуры и разводимые животные подвергаются искусственному, а не естественному отбору.

Как экологические системы агороландшафты неустойчивы: характеризуются слабо выраженной способностью к саморегуляции, без поддержки человеком они быстро распадаются и через стадии восстановительной сукцесии приходят к зональному варианту в виде вторичных сообществ.

В структуре агроландшафта находится ряд взаимосвязанных элементов, непосредственно позволяющих осуществлять основные функции:

- поля севооборотов с системой лесных полос;

- фермы (молочно-товарные, свиноводческие, птицеводческие, овцеводческие, звероводческие, племенные и т. д.);

а также ряд элементов, сопутствующих основным:

- полигоны отходов различного происхождения;

- территории, выведенные из землепользования (засоленные, затопленные, эродированные);

- естественные и (или) искусственные водоемы.

Сбалансированное соотношение перечисленных элементов способствует оптимальному функционированию агроландшафта.

При комплексном экологическом обследовании агроландшафта учитываются количественные и качественные характеристики перечисленных элементов. Рассмотрим особенности некоторых из них.

Поля севооборотов

Севооборот – чередование сельскохозяйственных культур и чистого пара в пространстве и во времени на определенной территории агроландшафта. Последовательность культур и паров называется схемой севооборота. Севооборот необходим для создания благоприятных условий возделывания различных растений, отличающихся определенными биологическими особенностями и набором сопутствующих организмов – фитофагов, способных накапливаться в почве и снижать урожайность последующих культур. Ротация культур в севообороте способствует снижению почвоутомления и поддержанию плодородия почвы. В зависимости от характера и состояния пахотных земель проектируют севообороты, характеризующиеся следующими особенностями:

- назначением (полевые, кормовые, специальные, включающие овощные, почвозащитные, сенокосно-пастбищные севообороты);

- наличием орошения (богарные, или неорошаемые и орошаемые севообороты).

Важно изучить и оценить систему земледелия, принятую в изучаемом ландашафте [3]. Современная система земледелия включает следующие составные части:

1) рациональная организация территории экосистемы;

4) комплекс мелиоративных мероприятий (орошение, осушение);

6) комплекс агротехнических, химических и биологических мер борьбы с сорняками, болезнями и вредителями культур;

7) система сортосмены сельскохозяйственных культур.

Культивируемые растения – главный компонент агробиоценозов, функционирующих в составе севооборота. В качестве доминирующей культуры чаще всего на поле выращивают один вид культурного растения. Доминирующая культура влияет на микроклимат ценоза, изменяет свойства почв, воздействует на флору и фауну. Также могут создаваться смешанные посевы двух или более видов – вика с овсом, многокомпонентная травяная смесь. Иногда высевают два или более сорта одного вида растения (сортосмеси).

В настоящее время в культуре возделывают около 2500 видов растений. Классификации культурных растений основаны на различных признаках:

- жизненная форма, длительность онтогенеза и особенности вегетации (табл. 1);

- особенности культивирования. Полевые культуры делят на пропашные – с обработкой междурядий (подсолнечник, кукуруза) – и культуры сплошного сева, без обработки междурядий (пшеница, ячмень);

- хозяйственное использование. Выделяют хлебные злаки и гречиху, зернобобовые, масличные, плодовые, орехоплодные, ягодные, тонизирующие, овощные, бахчевые, кормовые, технические, лекарственные и др. группы растений.

Таблица 1 – Основные группы сельскохозяйственных растений

Наибольшее распространение в Краснодарском крае получили около пятидесяти культур (табл. 2).

Эффективность функционирования севооборота определяется урожайностью растений. При оценке состояния агроландшафта важно проследить динамику урожайности основных сельскохозяйственных культур за последние 5–10 лет, сравнив со средними данными по краю.

Немаловажное место в агробиоценозах занимают сорные (сегетальные) растения. В процессе эволюции они приобрели ряд свойств,

Таблица 2 – Основные культурные растения, возделываемые на территории Краснодарского края

позволяющих им успешно конкурировать с культурными растениями. В СНГ насчитывается около 1,5 тыс. видов сегетальных растений. Наиболее опасные, трудноискоренимые и активно расширяющие свой ареал сорняки называются карантинными. Некоторые виды карантинных сорных растений имеют не только агробиоценотическое, но и большое медико-ветеринарное и санитарно-гигиеническое значение, вызывая поллинозы и отравления скота.

Исходя из адаптивных особенностей (жизненная форма, особенности онтогенеза, устойчивость к экстремальным факторам среды), сегетальные растения подразделяют на несколько основных групп (табл. 3).

При комплексном экологическом обследовании важно оценить видовой и функциональный состав сорняков, а также степень засоренности полей в севооборотах для разработки эффективных способов борьбы с ними.

Система полезащитных лесных насаждений (лесных полос) позволяет снизить влияние экстремальных природно-климатических факторов на агробиоценоз, являясь механическим препятствием на пути водных и ветровых потоков. Благодаря системе лесных полос урожайность сельскохозяйственных культур повышается на 0,2–0,3 т/га [4]. Наиболее эффективное влияние лесных полос на ветровой режим и связанные с ним изменения микроклимата ощутимы в их заветренной зоне, равной 20–25 высотам насаждений, а с наветренной стороны – 5–7 высотам. Доказано, что основные лесополосы функционируют лучше, когда размещены перпендикулярно вредоносным ветрам. Чтобы установить направление последних, достаточно построить розы ветров для наиболее опасных периодов года. В частности, в Краснодарском крае важно защитить поля в марте, когда чаще всего бывают пыльные бури, и в июне, в период налива зерна. При экологическом обследовании агроэкосистем важно оценить

Таблица 3 – Характеристика основных групп сегетальных растений Краснодарского края

правильность заложения системы лесных полос в составе севооборота. Система лесных полос проектируется с учетом агролесомелиоративной зоны, в которой находится объект исследования, направления вредоносных ветров и рельефа местности. Особенно страдают от неблагоприятных климатических факторов районы первой зоны, где нередки черные бури, засухи и суховеи (табл. 4) [4]. Важно иметь в виду, что длинные стороны полей должны быть расположены поперек склонов для предотвращения водной эрозии. В условиях Краснодарского края используются лесополосы по типу продуваемых, ажурно-продуваемых, ажурных и непродуваемых. Практика показала, что наиболее эффективны продуваемые конструкции, обеспечивающие более выгодное снегораспределение и более благоприятный ветровой режим на смежных полях. В зоне влияния непродуваемых лесополос в период высоких температур, высокой влажности воздуха и почвы может наблюдаться "запаривание хлебов". Во время пыльных бурь в них накапливается много мелкозема, на заветренной стороне основных лесополос образуются высокие обрывистые валы из пыли (рис. 2) [5].

Рисунок 2 – Удержание пыли в непродуваемой (а) и продуваемой (б) лесных посадках

Таблица 4 – Характеристика агролесомелиоративных зон Краснодарского края в связи с планированием системы полезащитных лесных полос [4]

Комплексное экологическое обследование агроландшафта включает инвентаризацию лесных полос [6]. Она проводится для выявления посадок с нарушенной структурой, а также территорий, на которых необходимо заложение новых защитных лесополос. При изучении состояния лесонасаждений важно выявить причины нарушения их структуры и свойств (старовозрастность, неблагоприятные метеорологические условия, неудачный подбор главных и сопутствующих пород, их несовместимость и т.д.).

В составе биоты агробиоценоза значительную роль играют организмы-фитофаги, представленные различными группами вирусов, бактерий, грибов, беспозвоночных и позвоночных животных. Они могут наносить значительный ущерб культурным растениям, вызывая заболевания (вирусы, бактерии, грибы) и повреждения различных органов растений (беспозвоночные и позвоночные животные). С развитием экономических связей между регионами растет число фитофагов, наносящих вред культурным растениям. На территории Краснодарского края наибольшее значение имеют более ста организмов-фитофагов. Экологическое обследование предусматривает установление наиболее опасных организмов-фитофагов и причин их массового расселения (табл. 5).

Следует отметить роль сельскохозяйственной техники, являющейся важнейшей составляющей производственного цикла в агроландшафте. Многочисленные производственные процессы, связанные с применением средств механизации, оказывают значительное влияние на биотические и абиотические компоненты экосистемы.

I. Использование мобильных энергетических средств:

- химическое, механическое и акустическое загрязнение атмосферы;

- загрязнение окружающей среды жидкими нефтепродуктами;

- уплотняющее действие на почву в результате давления и вибрации.

Таблица 5 – Основные заболевания и вредители сельскохозяйственных культур территории Краснодарского края в 2004 году [7]

- развитие водной, ветровой и технической эрозии;

- увеличение тяглового усилия в результате уплотнения почвы.

III. Внесение минеральных и органических удобрений и защита растений:

- загрязнение воды, почвы и живых организмов.

- количественные потери – улучшение условий питания для фитофагов.

- осушение – уничтожение плодородного слоя почвы, понижение уровня грунтовых вод, разрушение природных экосистем;

- орошение – переувлажнение, заболачивание и засоление почв, подъем уровня грунтовых вод, разрушение плодородного слоя почвы дождевальными агрегатами, и при промывке почв.

Животноводческие фермы специализируются на производстве продуктов животноводства (мяса, молока и т.д.). При обследовании данных объектов в составе агроландшафта важно установить их площадь, число содержащихся животных, особенности содержания и пищевого рациона, источники кормов, наличие пастбища, качественные и количественные характеристики производства (продуктивность, здоровье животных, механизация производственных процессов, места складирования и способы очистки, утилизации отходов и т.д.). Важное значение имеет расположение фермы, ее озеленение, а также наличие и соблюдение санитарно-защитной зоны.

Неотъемлемым элементом любого антропогенного ландшафта являются дороги. При обследовании следует учесть их общую площадь, а также долю, приходящуюся на грунтовые дороги, с бетонным и асфальтовым покрытием. Важным параметром является интенсивность движения автотранспорта, которую следует учесть в зависимости от сезона года, наличие зоны отчуждения вдоль дороги и лесных защитных насаждений.

На территории механизированных дворов находится сельскохозяйственная техника: автомобили, трактора, самоходные сельскохозяйственные машины, часто автозаправочная станция и емкости с горюче-смазочными материалами. Необходимо выяснить количественные (число единиц техники) и качественные показатели машинно-тракторного парка (особенности эксплуатации, например, использование энегронасыщенных машин, а также применение комбинированных машин, позволяющих выполнять несколько технологических операций за один проход). Важно отметить состояние техники, организацию нефтехозяйства, наличие специального оборудования и площадок для технического обслуживания сельхозмашин.

Склады химикатов также являются необходимым элементом в структуре использования ландшафта, где хранятся удобрения и средства защиты растений от сорняков, болезней и вредителей (пестициды). При обследовании экосистемы следует оценить условия хранения химикатов, а также установить расположение складов относительно элементов рельефа, водных систем и других уязвимых объектов.

Населенный пункт (поселок, станица, хутор) может рассматриваться самостоятельно.

Перерабатывающие предприятия включают консервные комбинаты, комбикормовые цехи и другие объекты переработки сельскохозяйственной продукции. Важно учесть территорию, занимаемую предприятием, виды и объем его продукции, спектр загрязняющих веществ, наличие санитарно-защитной зоны и озеленения.

Полигоны бытовых отходов (свалки) относят к санкционированным (в специально отведенных местах) и несанкционированным (стихийные). Описание свалки удобнее сделать по прилагаемой схеме (табл. 6).

Таблица 6 – Схема первичного экологического контроля за состоянием свалок

Для территорий, выведенных из землепользования, необходимо выяснить возможные причины, приведшие к выведению их из севооборотов. Наиболее частыми причинами являются: засоление, затопление, ветровая и водная эрозия. Важно установить площадь, занятую данными участками, а также динамику этих процессов, т.е. насколько интенсивно они протекают во времени и пространстве.

1. Белюченко, И. С. Агроландшафтная экология / И. С. Белюченко / Краснодар : Изд-во КубГАУ, 1996. – 250 с.

2. Миркин, Б. М. Оптимизация структуры агроэкосистем: содержание, проблемы, подход к реализации / Б. М. Миркин, Р. М. Хазиахметов, А. И. Соломещ // Журн. общ. биологии. – 1992. – Т. 53. – № 1. – С. 18–30.

3. Агроэкология / В. А. Черников [и др.]. – М. : Колос, 2000. – 536 с.

4. Барышман, Ф. С. Лесоразведение в комплексе мер защиты почв от эрозии / Ф. С. Барышман. – Краснодар : Изд-во КубГАУ, 1983. – Ч. 1. – 112 с.

5. Данилов, Г. Г. Защитные лесонасаждения и охрана почв / Г. Г. Данилов, И. Д. Каргин, Д. А. Лобанов. – М. : Лесная промышленность, 1983. – 232 с.

6. Методические указания для проведения лабораторных занятий и полевых практик по курсу общей экологии. Ч.1. Состав экосистем / В. Н. Гукалов, Н. В. Швыдкая, И. А. Троцан, И. П. Колесникова. – Краснодар : Изд-во КубГАУ, 2005. – 104 с.

7. Распространение основных вредителей и болезней сельскохозяйственных культур в Краснодарском крае в 2004 году и прогноз их появления в 2005 году. – Краснодар : ФГУ "Пограничная госинспекция по карантину растений по Краснодарскому краю", 2004. – 64 с.