Горб О.О., Писаренко П.В., Калініченко В.М. Аграрна екологія

Подождите немного. Документ загружается.

середовищем неорганічної й органічної природи, що досліджують загальні

закони функціонування екосистем та їх роль у біосфері. Технологію тепер

неможливо уявити без екології. Застосування нових маловідходних та

безвідходних технологій знижує рівень негативного впливу виробництва

на зовнішнє середовище. Цим визначається ступінь екологізації

виробництва.

Питаннями охорони ґрунту і раціонального використання земельних

ресурсів займається агроекологія – наука про агроценози. Вона також

досліджує зв'язки між організмами в агроценозах, вплив на них зовнішніх

умов, роль організмів у створенні певного біоценозного середовища, а

також структуру, продуктивність, типи агроценозів та їх районування.

Загальна мета агроекології – підвищення та відтворення родючості грунту,

використання біоценотичних закономірностей культурної рослинності для

підвищення її продуктивності та якості.

Існування будь-якого організму або групи організмів залежить від

комплексу певних умов або факторів. Екологічним фактором називають

будь-який елемент середовища, здатний безпосередньо впливати на живі

організми, а також на характер їх взаємовідносин. Кількість екологічних

факторів безмежна, однак значення їх різне, тому виділяють основні

фактори, кожен з яких може бути критичним. В агроекології основними

факторами є кліматичні, грунтові, біотичні та антропогенні.

Засновником вчення про біосферу був російський учений

В.І.ZВернадський. Він довів, що життя на Землі розвивалось як

взаємозв'язана сукупність організмів, що забезпечувала безперервний потік

елементів у біогенному обміні речовин на поверхні нашої планети.

Взаємозв'язок між ними виявляється у біогенній міграції атомів за рахунок

енергії сонячного випромінювання. Біосфера – це специфічно організована

цілісність усього живого та мінеральних елементів.

Сонячна енергія на Землі зумовлює два кругообіги речовин у природі:

великий, або геологічний, і малий, або біологічний, який розвивається на

основі великого і завершується коловою циркуляцією речовин між

ґрунтом, рослинами, мікроорганізмами і тваринами. Обидва кругообіги

пов'язані між собою і є ніби єдиним процесом. Біологічний кругообіг

включає кілька циклів, зв'язаних із кругообігом вуглецю, кисню, азоту,

фосфору, сірки та інших хімічних елементів.

Популяції всіх видів, що займають певний простір, становлять

біоценоз, який при взаємодії з середовищем існування утворює

екосистему, або біогеоценоз.

У сільському господарстві формуються агроекосистеми трьох рівнів

організації: перший – поле, зайняте культурою; другий – територія

сівозміни з набором культур; третій – сільськогосподарський ландшафт –

природно-економічний район з вираженою спеціалізацією.

Агроекосистема в рослинництві існує протягом року: від появи сходів

до збирання врожаю. Основна мета управління сільськогосподарською

екосистемою – отримання максимальної кількості сільськогосподарської

продукції. Вплив хімізації на продуктивність агроекосистеми обмежений

природними умовами. Межа позитивного ефекту використання добрив –

це повне забезпечення сільськогосподарських культур елементами

живлення з максимальним коефіцієнтом їх використання.

Зв'язок між різними структурними одиницями біосфери, біогеоценозів

і ґрунтом здійснюється через біогеохімічні кругообіги.

А.Д. Фокін (1986) подав біогеохімічний кругообіг так: 1) хімічні

форми елементів у ґрунті; 2) надходження доступних форм елементів у

рослину; 3) біологічна міграція, тобто перерозподіл елементів між

надземними органами та кореневою системою; 4) повернення елементів у

ґрунт у трансформованій формі; 5) утилізація і трансформація рослинних

решток ґрунтовою біотою в поєднанні з абіогенними процесами

трансформації і міграції речовин до початкового стану.

Знання біогеохімічного кругообігу органічної речовини і хімічних

елементів дає змогу регулювати поживний, водний, повітряний режими

ґрунту, розробляти та ефективно використовувати різні прийоми, які

захищають ґрунт та інші природні об'єкти від забруднення токсичними

речовинами.

Добрива – найдієвіший засіб втручання людини в кругообіг речовин у

землеробстві. Агрохімія вже не може використовувати традиційні методи

досліджень. Необхідно вивчати дію добрив у ландшафті з використанням

біогеохімічних методів досліджень. Тому виникають нові напрями

досліджень – агрогеохімія й агроекологія.

Зміна кругообігу речовин залежить від багатьох причин. Так,

речовини можуть вимиватися водою з верхніх шарів ґрунту в глибинні або

підґрунтові води, у вигляді газів надходити в атмосферу, а також

втрачатися внаслідок водної та вітрової ерозії ґрунту.

Агроекологія є біологічною, хімічною і сільськогосподарською

наукою.

У дослідженнях вона використовує різні методи: польові, вегетаційні,

лабораторні, хімічні, біохімічні, агрохімічні, фізіологічні, фізико-хімічні та

радіобіологічні.

Зміст агроекології в інтенсивному землеробстві полягає у взаємодії

системи ґрунт – рослина – засоби хімізації – вода – тварина – людина.

На основі зональних систем землеробства В.Д. Панніков та

В.Г.ZМінєев сформулювали основні умови й екологічні принципи

підвищення ефективності засобів хімізації й охорони навколишнього

середовища:

 проведення комплексу заходів, які забезпечують зберігання та

розширене відтворення родючості ґрунту;

 утримання та збільшення частки гумусу як основного регулятора

родючості ґрунту, захист ґрунтів від ерозії;

 оптимізація структури посівних площ;

 управління родючістю та ліквідація втрат хімічних засобів і добрив,

використання їх на основі досягнень науки;

 освоєння інтегрованих систем захисту рослин;

 вирощування інтенсивних сортів культур;

 підвищення якості сільськогосподарських культур;

 облік погодних умов для забезпечення високої ефективності засобів

хімізації;

 охорона навколишнього середовища від можливого негативного

впливу засобів хімізації та інших антропогенних факторів;

 довгостроковий прогноз змін вмісту та дії токсикантів у ґрунті й

екосистемах.

Пізнаючи закони природи, використовуючи досягнення сучасних наук

(хімії, біології, математики, агрохімії, ґрунтознавства, біохімії, фізіології

рослин, землеробства, генетики тощо), людина свідомо впливає на

механізм та процеси, що відбуваються в біосфері.

Єдність фотосинтезу, живлення і морфогенезу є основою теорії

продуктивності рослин. Останнім часом значно поширилась факторіальна

теорія врожаю. Вона ґрунтується на законах агрохімії, серед яких

найважливішими є:

 закон про оптимальне поєднання всіх факторів росту (вологи,

елементів живлення, повітря, тепла, світла тощо):

 закон незамінності і рівнозначності факторів: жоден з факторів росту

не можна замінити іншим, навіть близьким за властивостями та впливом

на рослину;

 закон обмежувальних факторів, коли нестача одного фактора,

наприклад температури, обмежує надходження елементів живлення в

рослину і тим самим погіршує перебіг у них фізіолого-біохімічних

процесів;

 закон комплексної дії всіх факторів росту і розвитку рослин;

 закон автотрофності зелених рослин, який ґрунтується на теорії

живлення і фотосинтезу;

 закон фотосинтетичної активності та оптимізації факторів росту;

 закон постійного підвищення родючості ґрунтів;

 закон надходження, пересування і перетворення в рослинах

елементів живлення.

Знання законів агрохімії дає змогу забезпечити високу ефективність

використання добрив, а законів агроекології – запобігти шкідливому

впливу антропогенних факторів.

1.2. Основні закони екології

Біогенетичний закон. Організм в індивідуальному розвитку

(онтогенез) повторює (в скороченому і закономірно зміненому вигляді)

історичний розвиток виду.

Закон внутрішнього врівноваження. Природна система має

внутрішню енергію, речовину, інформацію та динамічні якості, пов'язані

між собою настільки, що найменші зміни одного з цих факторів

викликають відповідні зміни в інших.

Контури Землі визначаються не людськими вчинками, а складною

системою сонячної енергії, хмар, океанів, рослинництва і ґрунту.

Неспроможність людини узгоджувати свої дії з цією системою призводить

до корінної зміни екосистем. Більшість таких змін загрожує життю на

Землі. Це нова реальність, вона повинна бути визнана і поставлена під

контроль.

Життя на планеті може продовжуватися тільки завдяки творчій

розумовій діяльності людини на основі чистого мислення.

Спеціаліст виробництва відповідає перед суспільством за свою

ділянку роботи. Він повинен приймати рішення по організації планування

робіт, розробляти і впроваджувати технологічні процеси й апарати.

Декілька років тому вважалося, що цого достатньо. Зараз становище

суттєво змінилось, у число завдань інженера виробництва входить також і

охорона природи.

Закон мінімуму (основний закон). Витривалість організму визначається

найслабкішою ланкою в ланцюгу екологічних проблем, тобто лімітуючим

є той екологічний фактор, частка якого близька до необхідного організму

чи екосистемі мінімуму, а подальше зниження цього фактора призводить

до загибелі організму чи деструкції екосистеми.

Закон толерантності. Лімітуючими факторами розвитку організму

можуть бути як мінімум, так і максимум екологічного фактора, діапазон

між якими відповідає величині толерантності (витривалості) організму до

даного фактора.

Закон відповідності умов середовища генетичній визначеності

організму. Вид організмів може існувати до тих пір і настільки, наскільки

його навколишнє природне середовище співпадає з генетичними

можливостями пристосування цього виду до змін середовища.

Докорінна перебудова природи небезпечна для нині існуючих видів, у

тому числі й для самої людини.

Закон біогенної міграції атомів. Міграція хімічних елементів на

Земній поверхні і в біосфері в цілому здійснюється при безпосередній

участі живого організму (біогенна міграція) або ж відбувається в

середовищі, геохімічні особливості якого (наявність О

, СО

, Н

тощо)

зумовлені живими організмами, як тими, що в даний час заселяють

біосферу, так і тими, які існували на Землі протягом всієї геологічної

історії.

Закон необоротності еволюції. Організм (популяція, вид) не може

повернутись у той стан, в якому перебували його предки.

Закон збіднення різнорідної живої речовини. Індивідуальна система,

що перебуває в середовищі з рівнем організації нижчим, ніж рівні самої

системи, приречена: поступово втрачаючи свою структуру, система через

деякий час зникне з середовища.

Закон одного відсотка. Зміна енергетики природної системи в

середньому на один відсоток (від 0,3 % до 1,0 %) виводить систему із

стаціонарного стану.

Закон зниження енергетичної ефективності природного

користування. З часом при видобуванні корисної продукції з природних

систем на її одиницю витрачається все більша кількість енергії.

1.3. Хімізація землеробства та агроекологія

У загальному під терміном „забруднення” розуміють усе чуже

екологічній системі, причому все, що „викидається” в результаті

життєдіяльності людини в кількостях, менших за межу допустимих

концентрацій, – не забруднення, а все, що перевищує цей показник, –

забруднення. Як же встановлюється межа допустимих концентрацій як

така, що безпечна для організму, і для якого? Для людини. Однак така

відповідь не зовсім точна. Безперечно, те, що завдає прямої шкоди людині,

неприпустиме. В той самий час відсутність очевидної шкоди ще не є

ознакою допустимості забруднення. Багато речовин, що утворюються в

зв'язку з антропогенною діяльністю, безпосередньо людині шкоди не

завдають, оскільки концентрація їх може бути незначною. Проте вони

можуть нагромаджуватися рослинами, рослину з'їдає корова, в міру її

переміщення по травному каналу концентрація цих речовин збільшується,

вони потрапляють у молоко. Отже, в рослинах концентрація шкідливих

речовин більша, ніж у ґрунті, в організмі корови – більша, ніж у рослинах,

у молоці – більша, ніж в організмі корови, а молоко споживає людина.

Тому постає питання: до кого або до чого слід відносити межу

допустимої концентрації – до ґрунту, до рослини, до корови чи до людини?

Ось який складний ланцюг проблем містить у собі нескладне, на перший

погляд, запитання про забруднення.

Важливою в наш час є ще одна обставина, про яку часто забувають –

це невідомий ризик. Сьогодні людина стикається майже з десятьма

мільйонами хімічних сполук, які вона синтезувала сама і яких у природі

здебільшого не існувало. Щороку в хімічній літературі публікують

повідомлення про синтез близько десяти тисяч нових органічних і

неорганічних сполук, причому на кожну синтезовану речовину

припадають десятки, а то й сотні побічних. Щоб визначити концентрацію,

допустиму тільки для одного синтезованого продукту, необхідна робота

протягом декількох років колективу вчених. Тому не може бути й мови

про обчислення меж допустимих концентрацій для всіх цих чужих природі

сполук, хоча багато з них уже застосовуються в техніці та побуті.

Природу можна уявити хімічним реактором гігантських розмірів, в

якому всі хімічні забруднювачі підлягають хімічним перетворенням. Одні

з них перетворюються на інертні, а інші дають початок синтезу

надзвичайно токсичних сполук, що нагадують хімічні отрути з

непередбачуваною дією на організм (наприклад, смог). Під дією сонячного

проміння з компонентів смогу утворюються справжні лакриматори –

аналоги бойових отруйних речовин. Американські вчені підрахували

збитки, що завдаються забрудненням атмосфери. Ця цифра досягає

десятків мільярдів доларів щорічно і з року в рік зростає.

Ще однією серйозною небезпекою є забруднення атмосфери

сірчистим газом, що виділяється при спалюванні вугілля, виверженні

вулканів тощо. Він є причиною випадання „кислотних” дощів, що згубно

діють на рослини і тварин, особливо водних.

Застосування інсектициду ДДТ поставило під загрозу життя багатьох

видів живих організмів, оскільки в їх організмах нагромаджується велика

кількість токсичних речовин. Наприклад, якщо в 1 дм

води міститься

109Zмг ДДТ, то в кінці ланцюга планктон – рачки – риби – птиця – людина

цей показник зростає в декілька тисяч разів (у перерахунку на 1 кг маси).

Отже, висновок може бути однозначним – уже сьогодні необхідно

змінювати спосіб життя, методи господарювання на планеті, оскільки це

наш спільний, єдиний дім.

Слід звернути увагу ще на один аспект проблеми. Суть її полягає в

тому, що людство бере у природи мільярди тонн сировини, а на корисний

продукт перетворює лише 1 – 2 %. Тобто 98 – 99 % взятого в природи

викидається у вигляді відходів, звалищ, забруднюючи водоймища, родючі

ґрунти, отруюючи атмосферу. Якщо вчасно не вжити заходів, погоджених

з усім людством планети, то може настати такий час, коли людина

знищить усе живе і сама себе.

Однак це не означає, що людина мусить припинити свою

господарську діяльність, щоб вижити. Річ у тім, що можливості науки,

хімії, хімічної технології на жаль часто недооцінюють. Усі галузі

народного господарства так чи інакше пов'язані з хімією. Для виробництва

потрібної продукції слід провести певні хімічні реакції. Можливості хімії

тут необмежені. Варто лише подбати про те, щоб у зовнішнє середовище

нічого не викидалося. Потрібно застосовувати безвідходні технологічні

цикли, щоб усе, що береться в природи, переробити на потрібні продукти,

а самі продукти використати без відходів. Це дуже складне завдання, але

його можна і потрібно розв'язати. Іншого виходу немає.

Зростаючі темпи хімізації землеробства не дали тих наслідків, яких від

них чекали.

Гостро постала проблема забруднення навколишнього середовища,

погіршення якості сільськогосподарської продукції. За останні 50 років

виробництво добрив збільшилось у 43 рази, пестицидів – у 10 разів, а

врожайність зернових зросла лише з 8,6 до 16,2 ц/га, картоплі – з 99 до

113Zц/га. Зростають також норми внесення мінеральних добрив. Щорічне

внесення добрив у кількостях, що перевищують їх винос

сільськогосподарськими культурами, призводить до нагромадження їх у

ґрунті та воді, а це, в свою чергу, – до забруднення навколишнього

середовища.

Викликає занепокоєння забруднення ґрунту та продукції

токсикантами, що містяться в добривах та пестицидах. Це насамперед

стосується фтору та важких металів, а також фосфатів, домішок у

добривах, гіпсу тощо. Так, наприклад, середній вміст свинцю у фосфатах

досягає 33 мг/кг, у суперфосфаті – 34, у складних добривах – 57 мг/кг. За

даними ЦІНАО, до 1990 р. з фосфорними добривами в цілому по

колишньому СРСР внесено в ґрунт 3200 т кадмію, 16633 т свинцю, 553 т

ртуті, значні кількості фтору та стронцію.

Основними причинами забруднення навколишнього середовища

добривами є: недосконалі технології їх виробництва, транспортування,

зберігання, змішування та внесення; порушення агротехнічних вимог щодо

їх використання; водна та вітрова ерозії ґрунтів; необґрунтоване

використання відходів промисловості та комунального господарства.

Серед мінеральних добрив азотні швидко трансформують азот у

легкорухому нітратну форму, яка легко пересувається по капілярах. Азот із

добрив активно включається в загальний біогеохімічний цикл азоту, бере

участь у біохімічних, фізико-хімічних та хімічних процесах, що

відбуваються в органічній та мінеральній частинах ґрунту. Результатом

цих процесів е зміна хімічного складу ґрунту і середовища (ґрунтових вод,

атмосфери). В польових умовах засвоюється 30Z–Z70Z% азоту,

іммобілізується в ґрунті 20 – 30 %. Значна кількість азоту включається в

гумусові речовини, що важко гідролізуються, 15 – 25Z% азоту добрив

втрачається у вигляді газу, 10 – 15 % – внаслідок вимивання.