Значение и содержание процесса рекультивации земель (не почв) общеизвестно. Несмотря на неконкретность и безразмерность определения «земель» уже наработана технология восстановления их предварительного плодородия (рекультивации) после техногенного нарушения, а также улучшения условий окружающей среды.
На первом этапе рекультивации производится планировка местности — выравниваются рвы, засыпаются карьеры и др. Наносится нарушенный перемешанный слой почвы. Не трудно представить, какие изменения естественного сложения почвы и породы в результате этого происходят.
Образование экосистем
В результате возрастает гетерогенность и неоднородность плодородного слоя, нарушается «экологическая память» почвы и резко снижаются ее «иммунные силы». Естественно, о восстановлении имевшейся природной плодородной почвы не может быть и речи. Выполняется так называемая техническая рекультивация.
На втором этапе восстанавливается растительный покров, нарабатываются элементы сельскохозяйственных технологий, древесных насаждений, или осуществляется рекультивация биологическая.
Интересно сопоставление влияния на плодородие почвы ее строения и сложения при «нулевой обработке», мелкой обработке, обычной отвальной обработке, глубокой отвальной обработке и коренных техногенных разработок.
Когда на почву оказывается резкое возрастающее негативное воздействие и это особенно заметно начинает проявляться уже с глубокой отвальной обработки.
Не случайно еще И. Овсинский (Украина), Жан (Франция), Ахенбах (Германия) в конце прошлого столетия предлагали методы бесплужного возделывания сельскохозяйственных культур.
Важное прикладное значение при рекультивации земель имеет изучение образовавшихся экосистем, агро-экосистем, которые отличаются от природных нестойким естественным равновесием, реальной устойчивостью.
Поскольку в природных условиях смена их структуры происходит постепенно. Когда же осуществляется неконтролируемое бессистемное вмешательство и нарушается сбалансированность и равновесие между экосистемами.
Резко снижается стойкость агроэкосистем, ухудшаются целостные системы живых (автотрофных продуцентов, гетеротрофных консументов и редуцентов) и не живых (абиотических) компонентов.
Кстати, необходимо параметрировать экосистемы потому, что они очень безразмерны: от планеты Земля дока ВОДЫ. Известно, что хранителем информации и каналов связи между экосистемами является внешняя окружающая природная среда.
При этом такие связи весьма динамичны и зависят от размеров экосистем, их (нюэнергетического содержания, интенсивности обмена веществ и энергии, сбалансованности автотрофных и гетеротрофных процессов, стадий и степени развития экосистем.
Содержание гумуса
Определяет уровень почвенного плодородия и степень развития экосистем. Поэтому важно установить биоэнергетическую экосистемную связь порода — плодородная порода (молодая почва) — почва.
Следует определить — порода это, экосистема или экомонос, а техногенная разработка — ландшафт или пейзаж (местность). Как влияет биоэнергия окружающих экосистем на стабилизацию рекультивируемых экосистем, и в целом экоценоза?
Весьма перспективна рекультивация ландшафтов с целью оптимизации биоэнергетики экосистем, улучшения их структуры и повышения стабильности.
Согласно прогнозу ученых до 2030 года в мире из сельскохозяйственного оборота будет исключено более 40 млн. гектаров пашни, причем в странах ЕС сокращение составит около 50%.
Это произойдет главным образом за счет внедрения новых биологических и ландшафтных агротехнологий при использовании новых сортов и гибридов, а также генетически модифицированных организмов.
Агроценозы станут более устойчивыми к заболеваниям и вредителям, а также возможному потеплению климата. Под агротехнологий будут отводиться наиболее плодородные почвы.
Примерно в 2 раза (до 15-17 млн. га) сократится площадь пашни в Украине: она будет составлять 25-30% к площади суши, или примерно столько же, как в Германии и Франции.
Прогнозируется увеличение облесенности территории Днепропетровской области с 6% (2006 г.) до 15%; в Украине с 14% (2006 г.) до 30-31%. Поэтому наиболее реальным является отведение рекультивированных земель под посадку древесно-кустарниковых растений. Итак:
- Восстановление разрушенных естественных почв при техногенных разработках, в связи с повреждением их «экологической памяти» и «иммунных сил» практически невозможно.
- В связи с разработкой современных агротехнологий возделывания сельскохозяйственных растений их био-логизации и ландшафтизации площадь пашни по прогнозам сократится в Днепропетровской области в два раза и составит 25-30% к площади суши или примерно столько, сколько в Германии и Франции.
- Урожайность сельскохозяйственных культур на естественных почвах при сопоставимых условиях всегда будет выше, чем на рекультивируемых землях. Это объясняется ухудшением их сложения, содержанием динамики влаги, питательных веществ и др.
- Наиболее реальным в перспективе является отведение рекультивируемых земель под посадку древесно-кустарниковых растений.
- Весьма перспективна рекультивация ландшафтов при оптимальной структуризации экосистем.
Применение удобрений
Согласно данным ФАО в расчете на 1 га пашни в мире вносят 98 кг по д.в. минеральных удобрений с колебаниями по странам от 8,0 кг (Казахстан) до 430 кг д.в. (Япония).
Высокие дозы минеральных удобрений вносят в Великобритании (343 кг д.в.), Китае (319 кг д.в.), Германии (258 кг д.в.), Италии (220 кг д.в.). В России вносят лишь 32 кг д.в. минеральных удобрений, в Украине — 24.
В связи с биологизацией и ландшафтизацией расте-ииенодства в мире предусматривается коренное изменение в химизации агротехнологий.
Переход на производство экологически чистых удобрений и препаратов для защиты растений, строго дозированного их использования с учетом фитосанитарного мониторинга.
Обращается внимание на необходимость повышения их эффективности, качества продукции, усовершенствования приемов и способов применения искусственных удобрений и пестицидов.
По нормативам ФАО на душу населения необходимо вносить минимум 30 кг ИРК при широком использовании местных органических удобрений, сидератов и др. Только при этом возможно повышение урожайности сельскохозяйственных культур в 2-3 раза.
Азотфиксация
Ежегодно при возделывании сельскохозяйственных растений в мире используется до 140 млн. т азота за счет фиксации его из воздуха.
В Украине и за рубежом ведутся широкие исследования, связанные с повышением эффективности нитраги-нации (инокуляции) семян. Создаются новые формы ино-кулянтов, разрабатываются экономичные способы их внесения.
Особое внимание уделяется выведению высокоэффективных штаммов азотфиксирующих бактерий рода ризобиум методами аналитической селекции, мутагенеза и генной инженерии практически для всех бобовых растений.
Установлена способность бактерий азоспирилл, обитающих в ризосфере растений семейства мятликовых, пасленовых, сельдерейных усваивать азот атмосферы.
Ранее мы писали: Растения в жизни человека
Изготовленные на основе выделенных бактерий инокулянты придают азотфиксирующую способность растениям указанных семейств. Считают, что при благоприятных условиях зерновые культуры за счет этого источника смогут удовлетворить свою потребность в азоте на 17—40%.
В настоящее время в сельском хозяйстве широко применяются препараты клубеньковых бактерий, усиливающих азотфиксацию. Впервые такой препарат (нитрагин) был получен в 1896 году Ф. Ноббе и Л. Гильтнером. В препарате содержалась смесь культур клубеньковых бактерий наиболее распространенных видов бобовых.
Уже создано более 30 высокоэффективных штаммов клубеньковых бактерий. Применяют три вида нитрагина:
- почвенный нитрагин,
- сухой нитрагин,
- ризоторфин.
Наиболее эффективен ризоторфин, используемый для инокуляции — обработки перед посевом семян бобовых растений.
Ризоторид
Это чистая культура клубеньковых бактерий, поддерживаемых в активном состоянии на специально подготовленном торфяном материале — носителе.
В одном грамме ризоторфина содержится не менее 1 млрд. клеток медленно развивающихся бактерий, применяемых для бактеризации семян гороха, вики, сои, люцерны и других культур.
Ризоторфин усиливает образование клубеньков, улучшает азотное питание бобовых растений, повышает устойчивость к заболеваниям, оказывает положительное влияние на плодородие и структуру почвы.
Каждой бобовой культуре соответствует своя группа бактерий. Например, бактерии клевера не влияют на горох.
Применение ризоторфина дает эффект на всех бобовых^ культурах, особенно на сбё и люцерне. Средние прибавки составляют 9-10 ц/га сена многолетних бобовых трав, 2-3 ц/га зерна и 30-60 ц/га зеленой массы гороха.
Ризоторфин не только повышает урожай, но и улучшает его качество за счет увеличения содержания протеина. Так, дополнительный сбор протеина составляет для сои — 160-540 кг/га, гороха — 50-220, люцерны — 100-300 кг/га.
БОЛЬШОЙ интерес, как отмечалось, вызывает недавно открытое явление так называемой ассоциативной азот-фиксации, когда бактерии живут не в клубеньках бобовых культур, а на поверхности корней, в том числе и таких, как пшеница, кукуруза, рожь, сорго, просо, многие технические культуры и кормовые травы.
Процесс азотфиксации у бактерий, обитающих на корнях небобовых растений, идет слабее, чем у клубеньковых. По данным Института растениеводства России, урожай картофеля и кормового сорго при внесении ассоциативных азотфиксаторов возрастает на 15%.
В азотфиксирующих системах очень важен и второй компонент — само высшее растение. Необходимо вести селекцию на его способность лучше использовать биологический азот. Так, выявлены формы растений с активностью азотфиксации в 2-2,5 раза выше, чем у контрольных сортов.
Азотфиксирующие бактерии
Вызывают у многих растений ответную реакцию: начинают усиленно вырабатывать аскорбиновую кислоту и каротин, что способствует повышению качества урожая.
Основные симбиотические свойства клубеньковых бактерий заключены в особых структурах — плазмидах, способных переходить из клеток одних видов бактерий в клетки других.
Это открывает широкие возможности для генной инженерии, переноса плазмид в другие почвенные микроорганизмы и на их основе конструировать штаммы с заранее заданными свойствами.
Нитрогенезная активность азотфиксирующих бактерий контролируется нифопероном, включающим 17-18 отдельных генов. Недавно появилось сообщение об успешном переносе нифоперона из клубеньковых бактерий в геном сои.
Такие растения способны фиксировать атмосферный азот и не нуждаются в азотных удобрениях. Перенос кластера генов, контролирующих фиксацию атмосферного азота в геном растений, особенно зерновых и технических принципиально изменил бы экологическую ситуацию.
Большой интерес представляет получение путем гибридизации таких штаммов азотфиксирующих бактерий, которые оказались бы в состоянии вступать в симбиоти-ческую связь с зерновыми и техническими культурами.
Интересные данные при изучении экологического эффекта от применения азотфиксаторов получены в УкрНИИ сельскохозяйственной микробиологии.
Использование симбиотических азотфиксаторов под бобовые культуры позволило дополнительно накопить азота до 53 кг/га, а ассоциативных — 10-15 кг/га. Препараты, применяемые для обработки семян перед посевом, позволяют за счет повышения фиксации атмосферного азота увеличить урожайность на 15-20% и более.
Защита растений
Ежегодные мировые потери важнейших сельскохозяйственных культур от вредителей составляют 20%, от болезней — 12% и сорняков — около 10% валовых сборов.
Расширяющееся применение пестицидов оказывает серьезное отрицательное воздействие на биологические системы и состояние почвы, оно несет и реальную опасность для здоровья человека.
Известно, что пестицидами называются химические вещества, защищающие растения от болезней, вредителей и сорняков. Пестициды в зависимости от специфики применения включают инсектициды, фунгициды, зооциды, гербициды и др.
В настоящее время мировой ассортимент пестицидов насчитывает более 100 тыс. препаратов на основе примерно 1000 химических соединений.
Необходимо отметить, что защита растений является важным составным элементом ландшафтного растениеводства. При этом химический метод защиты растений в сельскохозяйственном производстве мира пока остается ведущим.
Удельный вес пестицидов в структуре энергетических вложений в мировое сельское хозяйство относительно невелик: он составляет всего около 2% (удобрения — 37%, топливо — 35%о, механизация — 13% и транспорт — 13%>).
Читайте также: Агроценоз
Наибольший удельный вес в общей продаже пестицидов занимают:
- гербициды — 42,1%0,
- инсектициды — 33,3%о,
- фунгициды — 19,4%о,
- другие препараты — 5,2%..
Интенсивное ведение растениеводства оказывает существенное отрицательное влияние на экологические условия в агроценозах, фитосанитарное состояние посевов. В этой связи считают, что существующие меры борьбы с вредителями, болезнями и сорняками уже не всегда обеспечивают надежную защиту растений.
Особое значение сейчас придается интегрированной системе защиты растений, которая предусматривает не только уничтожение сорняков, вредных организмов, устранение болезней, но и сдерживание их на безопасном уровне в перспективе, с минимальными, отрицательными последствиями для окружающей среды с учетом экономической целесообразности борьбы.
Вместо систематических обработок растений химическими препаратами для уничтожения вредных организмов вне зависимости от их численности.
Истребительные меры
Рекомендуются ограничивать случаями, когда численность вредителя или степень развития болезни превышает экономический порог вредности, т.е. когда стоимость урожая окупит затраты на его защиту.
Установление экономического порога вредности — первый этап ландшафтного подхода к проблеме защиты растений. Применение гербицидов с учетом экологического порога вредности при сравнительно незначительных затратах на оценку уровня засоренности посева позволяет сократить расход их на 20-30%., а потери урожая и его качества — до экономически и биологически безопасного уровня.
Ведутся интенсивные работы по созданию новых высокоэффективных пестицидов, которые будут применяться в небольших дозах и, следовательно, резко снизится их отрицательное воздействие на окружающую среду. Перспективны работы по созданию с помощью генной инженерии растений, устойчивых к болезням и вредителям.
Многолетнее применение химического метода как основного для защиты растений привело к заметным отрицательным явлениям: накоплению ядов в воде, почве, растениях и животных, повышению устойчивости вредителей к ядохимикатам и т.д.
Поэтому при ландшафтизации растениеводства особый интерес для защиты растений приобретает биологический метод.
Практическое применение получили работы по использованию хищных и паразитических видов насекомых. Из них по масштабам применения значительное место занимает яйцепаразит трихограмма, которая уничтожает около 2000 различных видов вредных насекомых (совки, плодожорки, моли и др.)
Грибные препараты и антибиотики
В борьбе с болезнями растений все шире используются грибные препараты и антибиотики: трихоцетин, фи-тобактериомицин и др.
Перспективно для защиты растений использование физиологически активных веществ, регулирующих рост и поведение насекомых. Например, феромонов, обладающих высокой специфичностью действия и в очень низких концентрациях, способных привлекать насекомых со значительных расстояний.
Представляют интерес генетические меры борьбы, в основу которых положен принцип использования автоцид-ного эффекта.
Т.е. самоуничтожения вредных насекомых путем выпуска на защищаемые растения стерилизованных насекомых того же вида или насекомых с измененными генетическими признаками.
В этой связи эффективны аналоги ювенального гормона, которые нарушают нормальный ход развития насекомых и стерилизуют взрослых особей.
Дальнейшее развитие биологической защиты растений в странах мира идет по пути сохранения природных врагов вредителей и интродукции новых видов энтомофагов.
Совершенствования механизированных способов их расселения, производства высокоэффективных био- и микробиологических препаратов и расширения их применения; совершенствования генетического метода защиты.
Важное значение имеет практическое определение соотношений уровней численности вредителей и энтомо-фагов, степени заражения вредителей микроорганизмами, при которых подавление вредителей настолько эффективно.
Что отпадает необходимость в проведении специальных истребительных мероприятий. Начинают внедряться в производство биофизические методы защиты растений.
Научно-технический прогресс в защите растений
Идет в следующих направлениях:
- Улучшение ассортимента применяемых пестицидов. Высокотоксичные для теплокровных органические препараты заменяются малотоксичными, персистентные — менее стойкими; синтезируются препараты селективного и системного действия
- Создается широкий ассортимент взаимозаменяемых пестицидов для предотвращения накопления их остаточных количеств в окружающей среде и преодоления резистентности у вредных организмов к отдельным классам химических соединений.
- Разрабатываются более удобные и безопасные в применении препаративные формы (гранулированные, микрокапсулированные препараты, текучие суспензии и др.).
- Разработка новых приемов внесения пестицидов. К ним относятся краевые и выборочные обработки полей, ленточное и локальное внесение, совместное использование пестицидов, минеральных удобрений и регуляторов роста, применение баковых смесей пестицидов.
- Развивается так называемая «химигация» — внесение пестицидов одновременно с дождеванием или при поливе по бороздам.
- Совершенствование аппаратуры для внесения пестицидов. На машинах, используемых для защиты растений, устанавливаются компьютеры, контролирующие точность расхода препарата, ведется разработка и внедрение в производство опрыскивателей прерывистого действия (включающихся тогда, когда наконечники находятся над объектом обработки).
- Аппараты для контактного нанесения гербицидов, опрыскивателей, работающих на принципе электростатического распыления. Считается, что электростатическое опрыскивание наиболее полно отвечает современным требованиям, предъявляемым к химическому методу.
- При его использовании расход пестицидов снижается на 50%, уменьшается снос препарата, достигается более высокая экономическая эффективность проводимых обработок, безопасность для лиц, работающих с пестицидами, и др.
В последнее время широко применяется малообъемное наземное и авиаопрыскивание, проведение химических обработок посевов с учетом экономического порога вредности.
Нужно отметить, что автоматизированные системы оценки фитосанитарного состояния полей становятся основой интегрированной программы защиты растений.
Применение пестицидов и искусственных минеральных удобрений оказывает существенное влияние на ЖОЛФГИЧбСКОе равновесие природных систем, биохимиче-СКие циклы обмена веществ в растениях. Охрана окружающей среды (почвы, воды, воздуха, растений) является обязательным условием дальнейшей ландшафтизацией растениеводства.
Ученые ведут поиск новых способов защиты растений. Один из них — искусственная стимуляция в почве возможно большего количества семян сорняков, находящихся в состоянии покоя.
Найден ряд химических веществ, способных пробуждать от «спячки» семена некоторых сорняков к тому времени, когда их всходы удобнее всего уничтожить механическими обработками.
Биологические приемы уничтожения сорняков
Изыскиваются биологические приемы уничтожения семян сорных растений; найдено несколько видов грибов, которые повреждают семена.
Скоро наряду с обычными химическими гербицидами, как полагают, будут широко применяться и препараты, изготовленные из обитающих в почве микроорганизмов.
Из 340 выделенных из почвы видов микроорганизмов почти каждый пятый из них имел в ходе испытаний ярко выраженное гербицидное действие. Экстрактом, выделенным из одного перспективного вида, были при обработке полностью подавлены просянка, марь белая и другие сорные растения.
Это позволяет наладить выпуск эффективных гербицидов биологического происхождения. В отличие от химических препаратов они безопасны для окружающей среды.
Известно, что в ходе эволюции многие растительные организмы «приспособились» вырабатывать соединения, в большей или меньшей степени ядовитые для других видов растений. Неплохо подавляют некоторые виды сорняков озимая рожь, сорго, просо, овес, ячмень.
В этом отношении интересен подсолнечник. Недавними исследованиями удалось установить, что экстракты, выделенные из некоторых его сортов и гибридов, эффективны в борьбе с амброзией полынолистной.
В США при использовании генной инженерии ведутся исследования по созданию сельскохозяйственных культур, обладающих естественной защитой, и уже создан генетически модифицированный картофель – устойчивый против колорадского жука.
Создаются генетически модифицированные организмы, имеющие токсическое действие на многих гусениц, питающихся листьями, но совершенно безвредных для птиц, млекопитающих и насекомых.
Бельгийская фирма, расположенная в Генте, получила биотехнологическим путем растения, устойчивые к вредным насекомым и гербицидам.
Экологически обоснованная, преимущественно агротехническая, биологическая и физическая защита агро-ценозов — обязательное условие ландшафтизации растениеводства.
Орошение
Орошение является наиболее эффективным приемом мелиорации земель, особенно в засушливых регионах. При орошении значительно повышается эффективность других способов мелиорации почв, урожайность новых сортов и гибридов.
Наибольшая площадь орошаемых земель в Китае и составляет 49,8 млн. га (20,1% мировой площади). Эта страна занимает ведущее место в мире по производству зерна риса, пшеницы, сои, кукурузы, хлопчатника и других культур.
В США площадь орошаемых земель составляет 28,6 млн. га, или 15% пахотных земель. Большие площади орошаемых земель в США позволяют производить треть сельскохозяйственной продукции на сумму около 40 млрд. долларов.
В США на орошаемых землях выращивают преимущественно зерновые культуры (37%), кормовые (около 20%), овощи и плодоягодные (15%), хлопчатник (7%). Всего в растениеводстве стоимость продукции, которую получают на орошаемых землях, составляет около 27 млрд. долларов или 43%.
Основными способами полива является дождевание, применяют также поверхностное и почвенное орошение. При этом минерализованными водами орошается 22% площади.
Орошение используют преимущественно на семейных фермах (79%), на долю которых приходится 57% земель и 42% производства сельскохозяйственной продукции.
По данным ФАО, в перспективе площадь орошаемых земель в мире увеличится до 400 млн. га и составит четверть всех посевных площадей и многолетних насаждений. Орошаемое растениеводство позволит производить больше половины сельскохозяйственной продукции.
Экспериментально доказано, что при создании необходимых условий для выращивания, урожайность современных интенсивных сортов и гибридов сельскохозяйственных растений можно повысить в 2-8 и больше раз.
При достаточном содержании питательных веществ в почве и влаги — 300-350 мм, 400-500, 600-700, 700-800 и 1 000 мм можно получить урожайность зерновых соответственно: 2,0-2,5; 3,0-4,0; 5,0-6,0; 7,0-8,0 и 10,0-12,0 т/га.