Восстановление земель и почв

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.

Восстановление земель и почв

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.

Восстановление земель и почв

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:

  1. Восстановление разрушенных естественных почв при техногенных разработках, в связи с повреждением их «экологической памяти» и «иммунных сил» практически невозможно.
  2. 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.
  3. 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.
  4. Наиболее реальным в перспективе является отве­дение рекультивируемых земель под посадку древесно-кустарниковых растений.
  5. Весьма перспективна рекультивация ландшафтов при оптимальной структуризации экосистем.

Восстановление земель и почв

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.

Восстановление земель и почв

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.

Восстановление земель и почв

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.

Восстановление земель и почв

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.

Восстановление земель и почв

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.

Восстановление земель и почв

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.)

Восстановление земель и почв

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.

Восстановление земель и почв

Научно-технический прогресс в защите растений

Идет в следующих направлениях:

  1. Улучшение ассортимента применяемых пестици­дов. Высокотоксичные для теплокровных органические препараты заменяются малотоксичными, персистентные — менее стойкими; синтезируются препараты селективного и системного действия
  2. 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.
  3. Разрабатываются более удобные и безопасные в применении препаратив­ные формы (гранулированные, микрокапсулированные препараты, текучие суспензии и др.).
  4. 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.
  5. Развивает­ся так называемая «химигация» — внесение пестицидов одновременно с дождеванием или при поливе по бороздам.
  6. 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).
  7. Аппараты для контактного нанесения гер­бицидов, опрыскивателей, работающих на принципе электростатического распыления. Считается, что электро­статическое опрыскивание наиболее полно отвечает совре­менным требованиям, предъявляемым к химическому мето­ду.
  8. 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.

Восстановление земель и почв

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.

Восстановление земель и почв

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%.

Восстановление земель и почв

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.

Понравилась статья? Поделиться с друзьями: