Функционирование агроэкосистем в условиях техногенеза

Размещено на http://www.allbest.ru/

Министерство сельского хозяйства РФ

Федеральное государственное образовательное учреждение

Высшего профессионального образования

«Ярославская государственная сельскохозяйственная академия»

Контрольная работа

по дисциплине:

«Биология с основами экологии»

Тема: «Функционирование агроэкосистем в условиях техногенеза»

Выполнил: студент 2 курса заочного отделения

Инженерного факультета

специальность: «Технический сервис в АПК»

Гусев Сергей Александрович

учебный шифр 11020

2013 год

Содержание

Введение

1. Понятие «агроэкосистемы»

2. Классификация гроэкосистем и их свойства

3. Понятие техногенез

4. Загрязнение окружающей среды. Классификация загрязняющих факторов

5. Агроэкосистема в условиях техногенеза

Список использованной литературы

Введение

Хозяйственная деятельность человека и связанные с ней техногенные нагрузки на окружающую среду привели к изменению всех ее компонентов: водоемов, почв, растительности и животного мира. Особую тревогу вызывает накопление тяжелых металлов в различных средах, в частности в почве и растениях. В микро количествах большинство из тяжелых металлов необходимы для нормального функционирования живых организмов, в высоких же концентрациях и при суммарном воздействии они становятся опасными загрязнителями природной среды.

агроэкосистема техногенез загрязнение

1. Понятие «агроэкосистемы»

Агроэкосистема - экологическая система, объединяющая участок территории (географический ландшафт), занятый хозяйством, производящим сельскохозяйственную продукцию. В состав агроэкосистемы входят: почвы с их населением (животные, водоросли, грибы, бактерии); поля - агроценозы; скот; фрагменты естественных и полуестественных экосистем (леса, естественные кормовые угодья, болота, водоемы); человек.

2. Классификация агроэкосистем и их свойства

Основные черты агроэкосистем определяет человек, который стоит на вершине экологической пирамиды и заинтересован в получении максимального количества сельскохозяйственной продукции. При этом, если человек следует экологическому императиву, он сохраняет почвы, биологическое разнообразие, не допускает сельскохозяйственного загрязнения и получает экологически чистую продукцию, а агроэкосистема приобретает черты устойчивости (сестайнинга). Агроэкосистема - автотрофная экосистема, основным источником энергии для которой является Солнце. Солнечная энергия усваивается растениями-продуцентами и фиксируется в урожае растениеводческой продукции или передается по пищевым цепям консументам, главные из которых - скот, и редуцентам - прежде всего обитающим в почве животным-детритофагам. Перерабатывая органические остатки, они способствуют деятельности микроорганизмов-редуцентов, которые пополняют запас элементов питания, доступных корням растений. Большую роль в агроэкосистемах играют бактерии-азотфиксаторы, из которых наиболее важны виды, симбиотически связанные с бобовыми, так как при обработке почвы плугом биологическая азотфиксация за счет свободноживущих бактерий снижается в 4-5 раз.

В отличие от естественных экосистем агроэкосистемы более открыты, и из них происходит отток вещества и энергии с урожаем, животноводческой продукцией, а также в результате разрушения почв (дегумификация и эрозия почв). Для компенсации этих потерь и контроля состава А. (регулирование плотности популяций сорных растений, насекомых-вредителей и др.) человек вводит в агроэкосистемы дополнительные элементы питания (азотные, фосфорные и калийные удобрения) и затрачивает энергию на производство, транспортировку и внесение минеральных и органических удобрений и пестицидов, производство и ремонт сельскохозяйственных машин, горючее и т. д. Однако величина антропогенной энергии даже в наиболее энергонасыщенных хозяйствах составляет менее 1% от энергии Солнца, которая фиксируется растениями агроэкосистем. Агроэкосистемы весьма разнообразны и могут различаться по специализации (растениеводческие, животноводческие, комплексные) и по величине вложений антропогенной энергии (экстенсивные, компромиссные, интенсивные). Существуют как небольшие аборигенные фермы, где используется только ручной труд и реже - мускульная сила животных, так и высокомеханизированные хозяйства и скотооткормочные комплексы, потребляющие много антропогенной энергии.

Растениеводческие агроэкосистемы. В экстенсивном хозяйстве используется залежно-переложная система земледелия (в условиях лесной зоны - подсечно-огневая система земледелия). В таких системах происходит постоянная ротация (заменяемость) участков пашни и естественной растительности, в результате чего восстанавливается плодородие почв.

При компромиссном хозяйстве почвовосстанавливающую роль играют посевы многолетних трав и однолетних бобовых культур в севооборотах, а также сидераты (зеленые удобрения). В умеренном количестве используются фосфорно-калийные удобрения, а для контроля плотности насекомых-вредителей - биологические методы защиты растений и система полезных симбиотических связей.

В интенсивном хозяйстве сохраняется та же схема производства, что и при компромиссном, но резко увеличиваются дозы минеральных удобрений, возможны полив и использование пестицидов в высоких дозах. Севообороты упрощаются до двух-трех звеньев и не включают сидератов или используется монокультура. С увеличением вложений антропогенной энергии возрастает риск разрушения почв.

Животноводческие агроэкосистемы. Экстенсивный вариант - это выпас скота на естественных кормовых угодьях (с сенокошением или без него в зависимости от климата). Вложения антропогенной энергии при этом минимальны и сводятся к затратам на жизнеобеспечение пастухов и первичную обработку животноводческой продукции.

При компромиссном варианте корм производится на естественных кормовых угодьях и на пашне (многолетние травы, пропашные культуры и др.), плодородие почв которой поддерживается внесением навоза, возможно использование невысоких доз фосфорно-калийных удобрений.

При интенсивном варианте животноводческая продукция производится на скотооткормочных комплексах, а корма получают с пашни при высоких вложениях энергии и кроме того завозят из других районов (в таких странах, как Нидерланды или Сингапур - даже из других государств). Часть навоза вносится на поля, но его количество оказывается больше, чем можно внести в почву.

Комплексные агроэкосистемы. При низких энерговложениях сохраняется ротация полей и естественных кормовых угодий (часть пашни через определенное время забрасывается для естественного восстановления плодородия, хотя частично оно поддерживается за счет навоза). Минеральные удобрения либо не используются, либо вносятся в низких дозах фосфорно-калийные туки. Обеспечение почвы азотом достигается за счет биологической азотфиксации. Такой вариант хозяйства характерен для альтернативных систем земледелия. По существу такие агроэкосистемы создавал А.Т. Болотов.

При интенсивном варианте производство кормов на естественных кормовых угодьях минимизируется, и с пашни получают как растениеводческую продукцию, так и корм для скота. Дозы вносимых удобрений и пестицидов высокие. Возможен полив.

При компромиссном варианте наиболее полно реализуется адаптивный подход. Площадь пашни ограничена, ее плодородие поддерживается навозом, севооборотами и умеренными дозами фосфорно-калийных удобрений. Контроль сорняков, насекомых-вредителей и болезней культурных растений проводится либо биометодом, либо интегрированным методом защиты растений. Скот получает корм как на естественных кормовых угодьях, так и с пашни, поскольку в севооборотах значительное место занимают многолетние травы и кормовые однолетние бобовые культуры. Все это позволяет поддерживать достаточно высокую продуктивность агроэкосистем.

Поскольку с увеличением вложений антропогенной энергии затрудняется достижение сестайнинга агроэкосистем, наиболее оправданы экстенсивные животноводческие агроэкосистемы в условиях, где нет возможности получать растениеводческую продукцию, и компромиссные комплексные агроэкосистемы.

В первом случае необходимо регулирование пастбищных нагрузок для исключения пастбищной дигрессии. Возможны агроэкосистемы с дистанционным управлением, когда по существу сохраняется естественная экосистема, которая рационально используется. Например, в тундрах животным компонентом агроэкосистемы является дикий олень, в степях - сайгак, в саваннах - сложные многовидовые стада копытных (антилопы, зебры и т. д.), а человек изымает часть животных в соответствии с нормативом максимально допустимого урожая, обеспечивающим сохранность популяций. За счет дифференциации экологических ниш и более полного и равномерного потребления растительной биомассы такие агроэкосистемы могут давать мяса в несколько раз больше, чем агроэкосистемы с одним-двумя видами скота. Повышается эффективность использования пастбищ при совместном содержании скота разных видов и даже при разновозрастном стаде животных одного вида.

Во втором случае главное условие обеспечения сестайнинга - экологическая оптимизация структуры агроэкосистемы.

3. Понятие техногенез

Техногенез -- происхождение и изменение ландшафтов под воздействием производственной деятельности человека. Техногенез заключается в преобразовании биосферы, вызываемом совокупностью механических, геохимических и геофизических процессов. Название происходит от греч. techne -- искусство, ремесло, и genesis -- рождение, происхождение.

Прямое техногенное воздействие на природную среду (ПC) осуществляется хозяйственными объектами и системами при непосредственном контакте с ней в процессе природопользования или сбрасывания в неё отходов. ПC начинается, протекает и прекращается одновременно с соответствующими стадиями работы хозяйственных систем, вызывающих это воздействие. Территориально зоны ПC практически совпадают с зонами действия соответствующих хозяйственных систем. Состав природных компонентов, подверженных ПВ включает в себя в различных сочетаниях воздух атмосферы, биоту и почвенный покров, подземные и поверхности воды, литологический фундамент, сюда же можно отнести и рельеф. Особенно значительные изменения природных комплексов происходит вследствие техногенных трансформаций рельефа, который всегда влечёт за собой снятие или погребение растительности и почвенного покрова. Трансформация рельефа вызывает также изменения положения поверхности относительно уровня грунтовых вод и формирования новых базисов денудации. КВ проявляется в результате «цепной реакции», вызванной ПВ, и обуславливается естественными связями и взаимодействиями между элементами и компонентами ландшафта, иначе говоря континуальный географической оболочки и свойственными ей горизонтальными вещественно-энергетическими связями. Проявление КВ сводится к следующим основным группам: изменение водного режима, нарушение поверхности (оползни, просадки, обвалы, осыпи), изменение скорости направления процессов рельефообразования, изменение процессов почвообразования, загрязнение атмосферы, почвы, поверхностных и подземных вод продуктами дефляции отвалов; изменение микроклимата, изменение условий существования и развития биологического мира.

4. Загрязнение окружающей среды. Классификация загрязняющих факторов

Под загрязнением окружающей среды понимают любое внесение в ту или иную экологическую систему не свойственных ей живых или неживых компонентов, физических или структурных изменений, прерывающих или нарушающих процессы круговорота и обмена веществ, потоки энергии со снижением продуктивности или разрушением данной экосистемы.

Различают природные загрязнения, вызванные природными, нередко катастрофическими, причинами, например извержение вулкана, и антропогенные, возникающие в результате деятельности человека.

Антропогенные загрязнители делятся на материальные (пыль, газы, зола, шлаки и др.) и физические, или энергетические (тепловая энергия, электрические и электромагнитные поля, шум, вибрация и т. д.). Материальные загрязнители подразделяются на механические, химические и биологические. К механическим загрязнителям относятся пыль и аэрозоли атмосферного воздуха, твердые частицы в воде и почве. Химическими (ингредиентами) загрязнителями являются различные газообразные, жидкие и твердые химические соединения и элементы, попадающие в атмосферу, гидросферу и вступающие во взаимодействие с окружающей средой -- кислоты, щелочи, диоксид серы, эмульсии и другие.

Схема форм загрязнителей (загрязнения), по Н.Ф. Реймерсу, 1990

Виды загрязнителей

Биологические загрязнители -- все виды организмов, появляющиеся при участии человека и наносящие ему вред -- грибы, бактерии, сине-зеленые водоросли и т. д.

Последствия загрязнения окружающей среды представлены на рисунке и кратко сформулированы следующим образом.

1. Ухудшение качества окружающей среды.

2. Образование нежелательных потерь вещества, энергии, труда и средств при добыче и заготовке человеком сырья и материалов, которые превращаются в безвозвратные отходы, рассеиваемые в биосфере.

3. Необратимое разрушение не только отдельных экологических систем, но и биосферы в целом, в том числе воздействие на глобальные физико-химические параметры окружающей среды.

Загрязнение окружающей среды (по Б. Небелу, 1993)

5. Агроэкосистема в условиях техногенеза

Суша занимает площадь 14,9 млрд. га, из которой 10% приходится на АЭС. Основная мысль экологии: замена крупномасштабных хозяйств на мелкомасштабные. Задачи функционирования агроэкосистем: поддержание условий воспроизводства почвенных ресурсов и деградация агроэкосистемы в результате загрязненя почвенных ресурсов (имеются в виду загрязнения техногенного происхождения).

В условиях техногенеза биогенная миграция вещества и энергии заменяется техногенной. Проявление техногенеза в основном имеют аварийно-катасрофический, непреднамеренный и целенаправленный характер. Источниками техногенного загрязнения почв являются различные агротехнические приемы: применение пестицидов, органических и минеральных удобрений, орошение сточными водами и др. Техногенез характеризуются следующими показателями:

Технофильность (Т) - дает соотношение количества добываемого элемента к его содержанию в земной коре. Наиболее высокой технофильностью обладают C, Cl, Pb, Hg, Zn, Ni, Cu и т.д.

Биофильность - отношение среднего содержания элемента в живом веществе планеты к содержанию в земной коре.

Деструктивная активность - отношение массы элемента годовой добычи и выбросов в окружающую среду к массе элемента биологической продукции наземных растений в течении года (совмещает два предыдущих показателя). ДА для Hg=5?10⁴; Cd, F, As - 5?10³; Sb, Pb, U - 5?10²; Se, Be, Ba, Sn - 5?10¹; для всех остальных элементов - 5.

Обследование источников загрязнений на территории и оценка рисков аварийных ситуаций. Необходимо учесть все имеющиеся на территории источники загрязнения, спектры выделяемых ими поллютантов и их количество, а также особенности режима (годовая, сезонная, суточная динамика).

Ключевую роль в процессах трансформации и дальнейшей судьбе техногенных загрязнений играет почвенный покров, так как от его свойств и плодородия зависят, во-первых, размеры ущерба, наносимого поллютантами растительности, животным и человеку, во-вторых, возможности реализации тех или иных способов его уменьшения и проведения дезактивации и детоксикации среды обитания. Поскольку почва становится своеобразным депо, где накапливаются поллютанты, поступающие главным образом из воздуха, следует перечислить имеющиеся в окрестностях хозяйства источники загрязнений, по-разному влияющие на почвенный покров (и по каждому -- виды загрязняющих веществ), в соответствии со следующей классификацией:

Таблица 1.

Итак, главное внимание обращается на следующие группы поллютантов: токсичные химические элементы, к которым относятся тяжелые металлы (ТМ) с удельной массой выше 4,5 г/см³, а также мышьяк, сурьма, фтор, селен в соответствующих опасных дозах (в некоторых условиях алюминий, когда он чрезмерно насыщает организм, оказавшись в особо доступной для живых объектов форме); радионуклиды; органические токсиканты, включающие полициклические ароматические углеводороды (ПАУ), из которых наиболее известен бенз(а)пирен, полихлорированные дибензодиоксины (ПХДД), полихлорированные дибензофураны (ПХДФ), полихлорированные бифенилы (ПХБ), полибромированные дибензодиоксины (ПБДД) (несколько сотен упомянутых соединений превосходят по токсичности нервно-паралитические газы и могут мигрировать по пищевым цепям); агроядохимикаты, в том числе пестициды, дефолианты, гормональные и антибиотические добавки к кормам и т.п. (пестициды накапливаются в почве в том случае, если интервал между повторными внесениями значительно меньше периода их полуразложения); микотоксины.

В окрестностях базовых хозяйств обследуются источники техногенных загрязнений и выявляются их следующие характеристики: вид переноса (ветром, поверхностными или грунтовыми водами); спектр загрязняющих веществ (поллютантов), их количество, режим поступления на территорию; характер рассеяния в зависимости от ландшафта.

Принципы и методы оценки техногенного загрязнения агроэкосферы. Методика установления этого норматива для почв до сих пор должным образом не отработана, из-за чего возникают противоречия, с которыми мы, в частности, столкнулись в своей работе. В результате пришли к выводу, что величину ПДК по содержанию ТМ и других токсичных элементов, как и по другим токсикантам, необходимо устанавливать в рамках целостной системы нормативов, обоснованных с помощью сопряженных агроэкосистемных исследований во всех звеньях пищевой цепи: в почве, растениях, кормах, продовольствии растительного и животного происхождения.

Сопряженные агроэкосистемные исследования распределения ТМ в почвах и их миграции по пищевым цепям к растениям, животным и человеку показали, что нередко при содержании токсичных элементов (Pb или Cd) в почве ниже ПДК они, тем не менее, переходят в растениеводческую и животноводческую продукцию в количествах, значительно превышающих ПДК для кормов и продовольствия, в том числе для молока, мяса, яиц. В то же время, например, медь, содержание подвижных форм которой в почве примерно в 2,0-2,5 раза больше ПДК, накапливается в продукции в дозах намного ниже ПДК. Из этого следует, что приводимые в литературе величины ПДК для почвы не соответствуют разнообразным природно-климатическим условиям России. Поэтому необходимо корректировать эти нормативы по каждому региону, исходя из принципа первичности определения значений ПДК для рационов питания человека, которые обосновываются экспериментами на лабораторных животных. По нашим данным, указываемые в научной литературе величины ПДК ТМ в почвах по меди занижены примерно втрое, по кадмию -- завышены в два-три, по свинцу -- в полтора-два раза. Для более точного установления этих нормативов для конкретного региона необходимо совместно с гигиенистами выполнить специализированные целенаправленные системные исследования.

Ландшафтно-геохимические принципы отбора проб почвы, снега, растительности, кормов и продукции. При отборе проб почвы для определения содержания радионуклидов или токсикантов следует в каждой точке отбирать образцы из пахотного и (обязательно) подпахотного горизонтов, а на сенокосах и пастбищах -- из дернины и слоя, находящегося под ней. Наличие токсикантов в сельскохозяйственной продукции в регионах техногенного загрязнения агроэкосистем нужно постоянно контролировать. Главным методом при этом остается сопряженный анализ, то есть на одних и тех же объектах определяется содержание токсикантов в пробах почвы, а также продукции растениеводства и животноводства с уточнением коэффициентов их перехода по пищевой цепи. На этом основании оценивается: спектр токсикантов, обнаруживаемых в продукции, и соотношение их количества с ПДК; различие в накоплении токсикантов разными культурами и сортами; влияние почвенных условий и агротехнологий на накопление токсикантов в растениях; влияние метеорологических условий на накопление токсикантов.

Отбор и подготовку проб почвы, кормов, молока и молочных продуктов для исследования на содержание тяжелых металлов проводят в соответствии с ГОСТами.

С целью определения характера миграции тяжелых металлов в трофической цепи и выявления влияния на него различных факторов определяют коэффициенты перехода ТМ в звеньях почва-корма, корма-животноводческая продукция, почва--животноводческая продукция. При этом исследования должны проводиться сопряженным методом с одновременным охватом показателей нескольких объектов, связанных между собой звеньями трофической цепи.

Для определения коэффициентов накопления ТМ в растениеводческой продукции одновременно отбираются смешанные образцы почв и зеленых кормов в местах отбора почвы. Коэффициенты накопления тяжелых металлов в кормах и зерне рассчитывают по формуле, предложенной А.Н. Сироткиным и Р.Г. Ильязовым (1996):

, [1]

где КНi -- коэффициент накопления i-го элемента из 1 кг почвы в 1 кг корма; Сi(К) -- содержание i-го элемента в корме, мг/кг; Сi(П) -- содержание i-го элемента в почве, мг/кг.

Коэффициент перехода ТМ из корма в молоко определяют как отношение концентрации токсичного элемента в молоке к его суточному поступлению с рационом по формуле:

, [2]

где КПi -- коэффициент перехода i-го элемента из суточного рациона в 1 кг молока; Сi(М) -- концентрация i-го элемента в молоке, мг/кг; Пi(Р) -- суточное содержание i-го элемента в рационе, мг/сут.

В летний период образцы зеленых кормов отбирают на пастбищах, где выпасаются дойные коровы. Одновременно проводят отбор проб молока от коров. Поскольку выделение токсикантов из организма животных -- процесс, происходящий неравномерно, коэффициент перехода вычисляют как среднее из нескольких (не менее трех) определений.

Анализ радионуклидных и токсичных загрязнений почвенного и растительного покрова, а также продукции растениеводства и животноводства общепринятыми методами. На основании агроэкологических обследований земель составляются две группы картограмм: первая -- радиологические, эколого-геохимические или токсикологические карты, картограммы и картодиаграммы пространственного распределения радионуклидов (РН), ТМ, других токсичных или, напротив, необходимых растениям микроэлементов, а также отдельных химических токсикантов, значимых для региона; вторая -- полученные в результате натурных обследований с использованием уже имеющихся в хозяйствах почвенно-эрозионных карт, агрохимических, токсикологических и других картограмм дополнительные картографические материалы, необходимые для разработки системы агро-, луго-, лесо- и гидромелиоративных мероприятий по восстановлению нарушенных ландшафтно-экологических балансов.

Одним из главных результатов обследования становится экологическое ранжирование территории по следующим зонам: экологического благополучия (обеспечивается выращивание продукции для детского и лечебного питания без специальных мер защиты); экологической нормы (территории, пригодные для производства экологически безопасной продукции без специальных мер защиты); экологического риска (возможно производство безопасной продукции благодаря специальным мерам защиты); экологического кризиса (допустимо возделывание ограниченного ассортимента культур, в основном технических, с применением специальных защитных мер); экологического бедствия (катастрофы) (территории, непригодные для возделывания сельскохозяйственных культур, ибо на них невозможна либо экономически невыгодна организация производства безопасной продукции, и поэтому подлежащие постоянной или временной консервации). С учетом результатов всех почвенных, агроландшафтных и агроэкологических обследований осуществляется районирование территорий, создающее реальную основу для целенаправленной разработки адаптивных систем земледелия и животноводства.

Анализ и контроль безопасности сырья животного происхождения, а также биологическая оценка продуктов питания проводятся по общепринятым методам ветеринарно-санитарной экспертизы молока и мяса.

Принципы организации агроэкосистемных исследований в условиях техногенеза. Поскольку техногенные загрязнения воздействуют на все звенья агроэкосистем (или пищевой пирамиды), высшей формой эксперимента становятся сопряженные опыты, охватывающие основные отрасли производства в рамках базовых хозяйств, расположенных в регионах техногенеза. В таких опытах устанавливаются коэффициенты накопления РН и ТМ в растительной продукции, коэффициенты их перехода в продукты животноводства и рационы питания людей, а также оценивается состояние здоровья населения. Следовательно, агроэкологические исследования должны проводиться комплексно при совместном участии почвоведов, агрономов, зоотехников, ветеринаров, гигиенистов и врачей.

Особенности проведения экспериментов в условиях радиационного техногенеза. Обычно роль пускового механизма при радиационном техногенезе играет авария на объекте. Каждая из них отличается от других спектром выброса радионуклидов в окружающую среду, однако общие для всех аварий характеристики -- периодичность (наличие периодов развития радиационного поражения территории) и зональность.

Как правило, в развитии радиационного поражения выделяют три периода. Первый (начальный, или развертывание аварии) характеризуется поражающим воздействием большого числа РН, включая относительно короткоживущие (в условиях Чернобыля он получил название периода йодной опасности). Второй -- период аэрального загрязнения, когда происходит выпадение радиоактивных осадков из атмосферы (продолжается до конца первого вегетационного периода). Третий, или отдаленный, наступает со второго вегетационного периода, когда, по сути, и начинают принимать меры по преодолению радиационного загрязнения территории долгоживущими радиоизотопами -- преимущественно 137Cs и 90Sr, к которым добавляется небольшое количество изотопов плутония и других элементов, период полураспада которых составляет века и тысячелетия. В течение третьего периода из-за естественного распада РН и постепенного уменьшения их подвижности в пищевых цепях, а также вследствие защитных мероприятий идет понижение содержания радиоизотопов в кормах и продукции животноводства.

Зональность -- следующая характеристика радиационного техногенеза, означающая необходимость разделения пострадавшей территории на зоны в зависимости от уровня радиации. Впервые этот принцип был применен на Южном Урале после Кыштымской аварии, когда территория восточно-уральского радиоактивного следа (ВУРС) была разделена на три зоны для того, чтобы по каждой зоне дифференцировать и оптимизировать необходимые защитные мероприятия. В дальнейшем такое зонирование проводили после Чернобыльской катастрофы, разделив подвергшуюся радиационному воздействию территорию на четыре зоны. В основу выделения зон был положен уровень радиации, порождаемый приоритетным радионуклидом (90Sr -- в ВУРС, 137Cs -- в Чернобыльской зоне).

Любой эксперимент в животноводстве должен занимать определенное место в рамках создания адаптивной системы, поэтому необходимо при его планировании исходить из алгоритма разработки технологий адаптивного животноводства в условиях радиационного техногенеза (рис. 1).

Рис. 1. Алгоритм разработки технологий адаптивного животноводства в условиях радиационного техногенеза.

Такой алгоритм реализуется в виде эстафеты технологий с учетом биологических возможностей животных, природно-экономического, климатического и хозяйственного потенциала агроландшафтов, загрязненных радиоактивными веществами, а также требований к качеству кормов и продуктов питания. В этой связи перечисленные звенья и этапы не могут быть шаблонными. При разработке любой технологии следует исходить из закономерностей, установленных в экспериментах по изучению метаболизма РН у животных, а также знания общих физиологических реакций организма и изменений в отдельных системах, сопровождающихся ухудшением здоровья, снижением продуктивности, сокращением срока хозяйственного использования и увеличением содержания изотопов в продукции животноводства.

Особенности проведения экспериментов в условиях нефтегазового техногенеза. Тяжелые металлы и другие токсичные элементы -- бенз(а)пирен, различные ароматические углеводороды -- стали приоритетными загрязнителями окружающей среды и продуктов питания при многих типах техногенеза: нефтегазовом, черно- и цветнометаллургическом, каменноугольном, мегаполисном, целлюлозно-деревоперерабатывающем. Поэтому создание технологий ведения животноводства, обеспечивающих производство нормативно чистой продукции и доброкачественных продуктов питания животного происхождения, в настоящее время стало одной из главных задач агроэкологии. Алгоритм разработки таких мероприятий и технологий для условий различных типов техногенеза представлен на рисунке 2.

При техногенном загрязнении агроэкосистем тяжелыми металлами, бенз(а)пиреном, ароматическими углеводородами и другими токсикантами первоочередным должно быть решение экологических проблем, гарантирующее нормативную чистоту и биологическую полноценность продуктов питания, в том числе детского и диетического, а также сырья для получения фармпрепаратов. При этом надо учитывать, что тот или иной тип техногенеза с характерным спектром поллютантов накладывается на особенности определенных биогеохимических провинций, каждая из которых обладает геохимическим своеобразием, в частности дефицитом одних и избытком других элементов питания растений, определяющим химический состав кормов в рационах животных.

Организация содержания, кормления и наблюдения за продуктивными животными. В каждом конкретном случае технологии молочного и мясного скотоводства необходимо строить на глубоком знании местных условий и ресурсов, тщательном анализе приемов максимального использования характерных для хозяйства или зоны положительных факторов.

Исследования по рациональному использованию земель в условиях техногенного загрязнения агроэкосистем должны выполняться по ряду направлений: 1) сравнительное изучение технологии молочного скотоводства и производства говядины, качества молочной и мясной продукции в зонах, подвергшихся техногенному загрязнению, для контроля -- в чистой зоне; 2) сравнительная оценка адаптации мясного скота разных пород в зависимости от факторов окружающей среды; 3) разработка методов подготовки скота к убою с целью получения чистой мясной продукции, соответствующей нормативно-техническим требованиям; 4) определение эффективности использования разных видов и доз сорбентов для снижения концентрации радионуклидов и тяжелых металлов в молочных продуктах; 5) анализ эффективности различных систем содержания молочного скота в помещениях разного типа и стоимости (капитальные здания стоечно-ба-лочной, арочной, рамной конструкций и др.), в помещениях облегченного типа, трехстенных навесах и на площадках; 6) оценка способов содержания молочного и мясного скота с минимальными затратами труда и присутствием обслуживающего персонала; 7) сравнение различных типов кормления, способов содержания подопытных животных в стойловый и пастбищный периоды в помещении, на выгульно-кормовом дворе, на пастбище с максимальным использованием пастбищного травостоя и т.д.; 8) изучение эффективности различных вариантов технологии доращивания и откорма молодняка (нагул молодняка на пастбищах, подвергшихся техногенному загрязнению, откорм на чистых кормах и др.); 9) определение наиболее эффективного сезона отела коров в зависимости от природно-экологических и хозяйственных условий; 10) изучение способов очистки животных от токсикантов на заключительном этапе откорма.

Принципы нормирования радионуклидов и тяжелых металлов в кормах и продукции животноводства. Нормирование поступления радионуклидов в организм животных, определение их предельных концентраций в кормах. Вопрос о предельно допустимом поступлении (ПДП) в организм сельскохозяйственных животных РН и их ПДК в кормах возник вскоре после радиационной аварии на Южном Урале и особенно обострился после Чернобыльской катастрофы, когда из-за высокого содержания РН в продуктах животноводства, прежде всего в молоке и мясе, суммарное количество РН в рационе людей нередко превышало допустимые значения. Продукты животноводства (в первую очередь, молоко и мясо) -- главные источники радионуклидов в рационе человека, в связи с чем проблема нормирования их содержания в объектах сельскохозяйственного производства весьма актуальна.

Производство молока и мяса, удовлетворяющих нормативным требованиям, предусматривает установление допустимого содержания радионуклида в почве, кормах и рационах продуктивных животных. Сложность проблемы в том, что разнообразие ситуаций, обусловленное конкретными почвенно-климатическими и хозяйственными условиями, не позволяет унифицировать эти нормативы. Их расчет должен проводиться для каждой конкретной зоны или хозяйства с учетом типа почв, кормовых угодий, направления продуктивности животных, структуры их рационов и вклада отдельных кормовых продуктов в суммарную активность рациона.

Для определения ПДП радиоизотопов 90Sr и 137Cs в организм продуктивных животных предлагается в качестве исходных использовать нормы содержания указанных РН в продуктах животноводства, установленные органами санитарно-эпидемиологической службы Минздравсоцразвития РФ. Эти нормы со временем постоянно уточняются, что само по себе является основанием для пересмотра и уточнений ПДП и ПДК РН в рационах и кормах сельскохозяйственных животных. Расчет ПДП в рационе проводится по формуле:

, [3]

где ПДП -- предельно допустимое содержание РН в рационе сельскохозяйственных животных, Бк; ПДКП -- предельно допустимое содержание РН в продуктах животноводства (молоко, мясо и др.), Бк/кг(л); КП -- коэффициент перехода РН из рациона животных в продукты животноводства. Нормирование содержания тяжелых металлов в кормах и их поступления в организм продуктивных животных. Предельно допустимые концентрации (ПДК) тяжелых металлов в кормах, сельскохозяйственной и пищевой продукции и нормы их поступления в организм продуктивных животных рассчитываются так же, как для радионуклидов.

Пока что принципы и критерии нормирования содержания ТМ в звеньях трофических цепей у сельскохозяйственных животных не разработаны. Производство молока и мяса, соответствующих нормативным требованиям, предусматривает установление допустимого содержания ТМ в почве, кормах и рационах продуктивных животных, но действующие нормативы несовершенны, так как не гарантируют нормативной чистоты продукции животноводства. Их расчет должен проводиться для каждой конкретной зоны или хозяйства с учетом типа почв, кормовых угодий, направления продуктивности животных, структуры рационов кормления, спектра поллютантов, степени загрязнения почв и кормов и их вклада в суммарное загрязнение рациона. Иными словами, необходимо разработать агроэкологические ПДК на содержание ТМ в почве и кормах, гарантирующие получение продуктов питания, которые отвечают требованиям СанПиН.

Имея экспериментальные данные о ПДС ТМ в рационах, можно определить их среднее допустимое содержание (СДС) в растительных кормах, входящих в состав этих рационов. Результаты расчетов СДС ТМ в кормах, используемых для лактирующих коров летом и зимой в исследуемых хозяйствах (табл. 2), свидетельствуют, что требования, предъявляемые к кормам, в том числе принадлежащим к одной группе, разные и зависят от вида кормовых культур, из которых они приготовлены.

Выращенные в зоне техногенного загрязнения корма должны использоваться дифференцированно для разных половозрастных групп животных в зависимости от содержания токсикантов. Корма, в которых нормативы по количеству ТМ превышены, следует использовать для выращивания ремонтного молодняка или на ранних стадиях откорма животных на мясо, а также для рабочего скота.

Подчеркиваем, что установленные нами нормативы содержания ТМ в кормах привязаны к характерным почвенно-климатическим и производственно-технологическим особенностям ведения животноводства в исследованных хозяйствах и не являются унифицированными, поскольку зависят от типа почв кормовых угодий, структуры рационов кормления животных, вклада отдельных кормовых продуктов в загрязнение рационов. Эти нормы должны устанавливаться в соответствии с приведенной методикой нормирования для конкретных условий с учетом перечисленных факторов.

Методы снижения перехода радионуклидов из рациона в продукцию животноводства. К таким методам относится, во-первых, предотвращение поступления радионуклидов в организм крупного рогатого скота (за счет соответствующего использования пастбищ, содержания и кормления коров в летне-пастбищный период, особенностей откорма крупного рогатого скота в пастбищный период, содержания скота в зимний период), во-вторых, использование сорбентов (природные цеолиты и ферроцианиды) для снижения всасывания радионуклидов в пищеварительном тракте продуктивных животных с прижизненной оценкой содержания радиоактивного цезия в мышечной ткани крупного рогатого скота.

Натурные исследования кормовых угодий, кормов, молока и мяса крупного рогатого скота в зоне радиоактивного загрязнения после Чернобыльской катастрофы показали, что снижение количества радионуклидов цезия и стронция в кормах и рационах зависело от качества мелиоративных мероприятий в растениеводстве и зоотехнических -- в животноводстве, направленных на уменьшение поступления радионуклидов из почвы в кормовые культуры и продукцию животноводства.

Предложенная методология научных исследований позволяет разработать и предложить систему мониторинга, результаты которого можно использовать для прогноза и контроля возможных изменений антропогенных потоков токсикантов из атмосферы и почвы в растения кормовых культур, организм сельскохозяйственных животных и продукты животноводства. Следует отметить, что на переход токсикантов в трофической цепи у продуктивных животных способны существенно влиять многие факторы, например характер использования кормовых угодий (вольная пастьба, выпас в загонах, стойлово-выгульное и стойловое содержание животных), тип рационов (сенной, смешанный, концентратный и т.д.).

Эффективное снижение поступления радионуклидов в организм животных и продукты животноводства достигается за счет коренного улучшения сенокосов и пастбищ (преобразование естественных угодий в искусственные, культурные, подбор видов и сортов для возделывания, мелиорация земель, оптимальные способы использования продукции). Составление и использование рационов, направленных на снижение поступления токсических веществ в организм животных и получаемую от них продукцию, обязательно должно проводиться с учетом сбалансированности по основным питательным веществам, микро- и макроэлементам, витаминам. В системе мероприятий по снижению количества токсических веществ (радионуклидов и тяжелых металлов) в продуктах животноводства наряду с традиционными, ранее разработанными приемами важную роль играют сорбенты. В частности, проведенные испытания селективных ферроцианидсодержащих препаратов выявили высокую эффективность их применения в виде добавок к комбикормам, в составе соли-лизунца, болюсов для снижения количества радиоцезия в молоке -- в 3-10 раз, в мясе -- в 3-5 раз в хозяйствах, расположенных в зоне с повышенной плотностью загрязнения сельскохозяйственных угодий радиоцезием.

Итак, организационные, агротехнические и зоотехнические мероприятия, разработанные на основании комплексных исследований на загрязненных территориях, обеспечат производство экологически безопасной и полноценной продукции, отвечающей нормативным требованиям. Прекращение осуществления или снижение интенсивности контрмер на загрязненных территориях может привести не только к изменению существующей динамики, но в некоторых случаях даже к увеличению поступления радионуклидов в продукцию животноводства. Систему защитных мероприятий, направленную на снижение поступления токсикантов в корма и продукцию животноводства, необходимо разрабатывать только на основании результатов комплексных исследований, проведенных в конкретных агроэкологических условиях. Эти исследования должны быть общими для всей территории Российской Федерации и выполняться по единой методологии, обеспечивающей объективность информации о закономерностях поведения токсикантов в пищевой цепи и изменении характера их миграции при воздействии определенных факторов. Основные принципы и положения этой методологии изложены в нашей работе. Предлагаемый перечень необходимых исследований на загрязненных территориях укрепит научный фундамент для решения практических задач, связанных с экологической безопасностью и рациональным природопользованием в сфере агропромышленного производства, а полученные данные помогут решить одну из сложнейших проблем современности -- ведение животноводства в условиях техногенного загрязнения агроэкосистем и разработать научно обоснованный комплекс мероприятий, гарантирующий производство экологически безопасной, биологически полноценной продукции и защиту населения в условиях возможных техногенных катастроф.

Список использованной литературы

1. Земледелие / Г.И. Баздырев, В.Г. Лошаков, А.И. Пупонин и др.; Под ред. А.И. Пупонина.- М.: КолосС, 2004.- ( Учебники и учеб. пособия для студентов высш. учеб.заведений)

2. М.: Агропромиздат, 1987.Толстоусов В. П. Удобрения и качество урожая.

3. Ермохин Ю. И. Экономическая и биоэнергетическая оценка применения удобрений: методические рекомендации / Ю.И. Ермохин, А.Ф. Неклюдов; ОмСХИ. - Омск, 1994. - 44 с.

4. Агроэкосистемы: учебное пособие /Я.С. Шапиро. - М.: Колос, 2005г. - 264 с.

5. Практикум по растениеводству: учебное пособие / сост.: Акимова О.И, Бессонова А.В., Гребёнкина М.В. и др.; под общ. ред. А.Н. Кадычегова - Абакан: Изд-во ХГУ им. Н. Ф. Катанова, 2009. - 291 с.

6. Сытник К.М. Биосфера. Экология. Охрана природы. Справочное пособие. Киев: Наукова думка, 1987 г.

7. Толковый словарь по охране природы. Под ред. В.В. Снакина. М.: Экология, 1995 г.

Размещено на Allbest.ru