Бесплатный автореферат и диссертация по биологии на тему

Эколого-биогеохимическая оценка антропогенной нагрузки на агроэкосистемы Московской области

ВАК РФ 03.00.16, Экология

Автореферат диссертации по теме "Эколого-биогеохимическая оценка антропогенной нагрузки на агроэкосистемы Московской области"

ВНИИ ОХРАНЫ ПРИРОДЫ МИНПРИРОДЫ

На правах рукописи

ВОЛОШИНА ОЛЬГА НИКОЛАЕВНА

ЭКОЛОГО-БИОГЕОХИМИЧЕСКАЯ ОЦЕНКА АНТРОПОГЕННОЙ НАГРЧЗКИ НА АГРОЭКОСИСТЕМЫ МОСКОВСКОЙ ОБЛАСТИ

03-00-16 - экология

Автореферат диссертаиии на соискание ученой степени кандидата биологических наук

Москва - 1995

/

Работа выполнена в Проектно-изыскателъскон центре агрохимической службы "Московский" МСХ и П РФ и Институте почвоведения и фотосинтеза РАН

Научный руководитель! д.б«н. В-Н-Башкин

Официальные оппоненты! академик РАЕН« д>б*н* А• Н-Тюрюсанов д.г.н. Б.И.Кочуров

Ведущая организация: Почвенный Институт ин«В>В>Локучаева РАСХН

Зашита состоится / У 1995 г» на заседании

Специализированного совета К 16%.0101 по присуждению ученой степени кандидата биологических наук во ВНИИ охраны природы МП РФ (113628 т г -Москва1 М-628« Знаиенское-Садки).

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ВНИИ охраны природы МП РФ-

Автореферат разослан

2[/ 1995 г-

I

Ученый секретарь Специализированного совета, кандидат биологических наук

Переладова О.Б.

АКТУАЛЬНОСТЬ ИССЛЕДОВАНИЯ - В условиях возрастающего антропогенного давления на агроэкосферу1 как один из основных компонентов современной биосферы1 особый интерес представляет количественная оценка Факторов и величин допустимого воздействия. Такая оценка кожет быть сделана* в частности« на основании зколого - биогеохимического районирования сельскохозяйственных территорий, что позволяет в каждом конкретной регионе вписывать величины антропогенных нагрузок < удобрения« мелиоранты« атиотехногенные выпадения) в рамки естественных колебаний отдельных слагаемых биогеохимических циклов различных элементов без разрушения сложившейся природном биогеохимической структуры агроэкосферы и без проявления негативного воздействия на состояние окружающей среды« Эколог о-биогеохиническая оценка антропогенной нагрузки включающая в себя * следовательно1 оценку природных и антропогенных Факторов« управляющих продуктивностью агросистем1 особенно актуальна для Московской области« где дозы применяемых агрохимикатов и поступления азота из атмосферы очень высоки и приближаются к среднеевропейским уровням« зачастую превосходя их- В условиях относительно невысокой продуктивности агроэкосистем это привело ко многим негативным последствиям <загрязнение природных вод« сельскохозяйственной продукции« разрушение почвенного плодородия)- В то же время территория области характеризуется сложной природной структурой и соответствующей направленностью миграционных потоков« что совершенно не учитывается при расчете эффективности удобрений« как ведущей составляющей антропогенной нагрусим * * ля достижения планируемой продуктивности агроэкосистем.

ЦЕЛЬ И ЗАДАЧИ ИССЛЕДОВАНИЯ. Исходя из актуальности поставленной проблемы« целью настоящей работы является определение условий и количественная оценка экологически оптимальной антропогенной нагрузки на агроэкосистены Московской области с учетом ее биогеохимической структуры« направленности биогеохимических и агрогео химических потоков« условий трансформации и аккумуляции загрязнителей на основании разработанного эколого-биогеохимического районирования Московской области-

Для реализации этой цели были решены следующие задачи' 1.Оценить существующее распределение химических экологических Факторов в почвах агроэкосистем Московской области в зависимости от их природной организованности•

2-Оценить пространственную дифференциацию питательных элементов и

ее влияние на биопродуктивностъ агрозкосистеи •

3-Провести анализ эффективности воздействия минеральных и органических удобрений как основных слагаекых антропогенной нагрузки на биопродуктивностъ агроценозов в Московской области«

4-Провести эколого-биогеохиническое нормирование антропогенной нагрузки на агроэкосмстемы Московской области.

НАУЧНАЯ НОВИЗНА* Впервые для условий Московской области показано« что« независиио от длительного периода интенсивной антропогенной нагрузки < удобрения« мелиоранты« атмосферные осадки)« содержание основных питательных элементов в почвах агрозкосистеи определяется прежде всего структурой природной организации территории. С использованием большого объема экспериментальных результатов эколого-бногеохинического мониторинг а агрозкосистеи и соответствующей базы данных« разработана экспертная система для расчета экологически оптимальных доз удобрений и определены эти величины для основных видов агроиенозов Подмосковья* Впервые на основании принципов экологического норлирования рассчитаны параметры допустимой антропогенной нагрузки аэота я фосфора на агрозкосистемы природно-административных регионов Московской области-

АПРОБАЦИЯ РАБОТЫ- Основные положения работы были доложены: на региональном совещании по агрохимии и почвоведению (Казань« 1991); на Международном совещании по экологическому картографированию < Путанно, 1992)« на мау*>но-координационном совещании "Экологическое нормирование: проблемы и методы" (Москва* 1992)« на Международном совещании по картированию критических нагрузок (Катовице« 1992)« на научно-техническом семинаре в МСХ и П РФ (Москва* 1993) • ПУБЛИКАЦИИ* По теме диссертации опубликовано 6 работ* ОБЪЕМ И СТРУКТУРА ДИССЕРТАЦИИ* Диссертация состоит из введения* литературного обзора* 4 глав« заключения« выводов« приложения*

Работа изложена на 192 страницах машинописного текста» оодержит 23 таблиц« 11 рисунков* Список литературы из 127 источников« в т-чп 16 на английском языке-

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ 1. ВВЕДЕНИЕ

Рассмотрена актуальность работы« цель и решение задачи в приложении к агрозкосистеиам Московской области*

2- ЛИТЕРАТУРНЫЙ ОБЗОР

Содержится детальная оценка современных подходов к

агроэкологическому районированию Московской области, включающих в себя принципы ландшафтного, почвенного, сель скохозяйств енного и эколсгго-бистгеохимического районирования« В соответствии с

необходимостью учета миграционных потоков остатков удобрений в агроэкосистеиах и их сочленениях рассмотрена роль геоморфологических структур в формировании плодородия почв и продуктивности агроландшафтов. На основании анализа больмого объема литературных данных (Минеев, 1989? Аникст, Тюрюканов, 1992-1994; Баьвсин* 1987, 1993« Кудеяров и др., 1994 и др.) охарактеризованы экологические проблемы применения минеральных и органических удобрении и мелиорантов, рассмотрены источники загрязнения почв, вод и сельскохозяйственной продукции- Особое внимание уделено экологическим проблемам применения азотных и фосфорных удобрений в связи с ярко выраженной полифункциональностью соединений азота и фосфора (питательное веиество - загрязнитель). Дана оценка суиествукпаих систем расчета доз удобрений1 показаны их положительные и отрицательные стороны^ проанализированы причины, приводящие к загрязнению окружающей среды остатками удобрений и их почвенными производными-

3-МАТЕРИАЛЫ И МЕТОДЫ

Настоящее исследование выполнено г течёпян 1?8и-1*У94 гг. в ПИЦАС "Московский" МСХ и П РФ и закончено за врекя обучения в заочной аспирантуре Института почвоведения и Фотосинтеза РАН.

Для изучения воздействия антропогенной нагрузки (удобрения, мелиоранты, атмосферные осадки) на изменение химических показателей почв, продуктивности выращиваемых культур, загрязнение природных вод и растениеводческой продукции использованы данные, подученные автором при работе в качестве руководителя отдела проектно-сметной документации ПИЦАС "Московский". В данной диссертационной работе также использованы материалы совместных исследований с лабораторией биогеохимии агроландыафтов ИПФС РАН- Осуществление мониторинга почв Московской области производились ПИЦАС "Московский" в 1980-1985 гг. и в 1986-1990 гг«, согласно утвержденному плану и в соответствии о действувдмни нормативными документами• Эколого-биогеохимический мониторинг агроэкосистем осуществлялся в 1987-1992 гг. в характерных почвенно-геохинических*ь катенах, которые выбирались во всех видах ландшафтов, ландшафтных провинциях <ЛП) и каскадно-водосборных

системах (ИВС) Московской области- В качестве обязательного компонента каждая катена включала в себя агроэкосистемы с наличием характерных для данной лровиниии сельскохозяйственных культур.

Анализы почв» вод и сельскохозяйственной продукции осуществлялись по стандартным методам в ПИЦАС "Московский" и ИПФС РАН* Статистическая обработка данных проводилась с использованием пакета SAS» картографическая обработка выполнялась путей автоматической компьютерной визуализации пространственных параметров в ИПФС РАН-

Результаты по применению удобрений под урожай различных сельскохозяйственных культур в 1992-1993 гг • были получены на основании анализа статистического материалаi представляемого

хозяйствами области в ПИЦАС "Московский" • Вычисление доз удобрений и параметров экологически оптимальной биопродуктивности для различных агроэкосистем Московской области осуществлялось с использованием экспертной системы1 реализуемой на PC IBM/AT« Система создана в ИПФС РАН и ПИЦАС "Московский" в 1992-1993 годах.

В целом для выполнения этой работы была создана база данных« включающая в себя более 150 тыс« единиц информации* 4.ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНАЯ ЧАСТЬ

4-1«Распределение химических экологических факторов в почвах агроэкосистем Московской области

В данной главе рассмотрено влияние природных и антропогенных факторов на статистическое распределение следующих экологических химических факторов : рНсол-« гумус ( %)» степень насыщенности основаниями (V, tf)« содержание обменных Са и Мд (мг-зкв/ЮОг) » содержание подвижных форм Р, Ki Си» Мп» Mo« Zn» В« Со <мг/кг)- Общее количество обработанных параметров составило около 40 000«

На территории Московской области выделено четыре

каскадко-водосборных системы <с учетом наиболее крупных рек), шесть ландщафтных Фиаико-географических провинций и семь типов использования земель» В таблицах 1 и 2 приведены результаты проверки достоверности влияния данных средообразующих параметров с использованием критериев Дункана-

Выделены три группы структурирования: I.Каскадно-водосборные системы определяют распределение содержания подвижных форм фосфора» цинка» меди« молибдена» марганца» обменного кальция- IX«Ландшафтные провинции определяют распределение содержания подвижного • калия» кобальта « обменного магния « гумуса• 111 « Тип использования земель

определяет распределение величия рН-

Полученные результаты имеют важное значение при оценке необходимости применения агрохимикатов в конкретных агроландиафтах и агроценоэах« Они также свидетельств'уют о первостепенной важности учета природной структуры территории для оценки миграции и аккумуляции различных элементов и их соединений) определяющих такой экологический фактор как плодородие почв.

Анвлогмчто-'с? заключения получены также при эколого-

биогеохимическотт р»йонированиии аккумуляции и нитрации нитратов в природных водах Московской области <Башкин* 1990).

Таблица 1• Статистическая оиекка распределения величин химических экологических Факторов в почвах агроценоэов различных

каскадяо-водосборных систем (на правке хозяйств по критерии Дуккана)

» Число Ранжирование Число Ранжирование

КЕС наблю- - Среднее по критерию квс наблю- Среднее по критерию

дений Дункана дений Дункана

Гчичс, •/. Обменный Са , иг- -экв/ЮОг

4 41 4,00 А 3 НО 10 ,00 А

2 143 2*89 С 2 143 7 ,92 В

1 80 2,75 В 1 81 6 ,32 С

3 1 10 2,74 В 4 41 6 ,23 0

Подвижный Р205, кг/кг почвы Подвижный Со, 1 !г/кг почвы

4 41 340,37 А 2 70 2, 75 А

2 143 268,03 В 3 63 2, 61 А В

3 110 213,32 С 4 21 2, 32 В С

1 •В1 187,07 с 1 41 2, 06 С

* Каскадно-водосборные системы (КВС>: 1 - Верхне-Волжская? 2 -Москворецкая; 3 - Окская; 4 - Клязъменсжая. Также в табл. 3-5.

- в -

Таблица 2- Статистическая оценка распределения величин химических экологических факторов в почвах агроценозов различных ландшафтных провинций < на уровне хозяйств по критерию Дункана)

« Число Ранжирование * Число Ранжирование

ЛП наблю- ■ Среднее по критерии ЛП наблю- Среднее по критерию

дений Дункана дений Дункана

Гуну с, ){ Обменный Са, кг- экв/100г

4 58 4,200 А 6 8 16,41 А

6 8 4,18 А 5 41 11,91 В

1 32 2,93 В 3 103 8,71 С

5 41 2,84 В 2 132 7,20 D

3 103 2,64 В 4 58 6,33 0 Е

2 132 2,55 В 1 33 6,24 Е

Подвижным Р205, кг/кг лочвы Подвижный Со, и г/кг почвы

4 58 341,88 А 6 5 3,34 А

3 103 243,51 В 4 31 3,04 А В

5 41 244,61 В 3 59 2,70 ABC

2 132 214,43 В С 5 24 2,63 В С

6 8 209,31 В С 2 62 2,09 С D

1 33 169,25 С 1 14 1,92 D

* Ландшафтные провинции (ЛП)! 1 Верхне-Волжская« 2

Смоленско-Московская« 3 - Москворецко~Окская« 4 - Мешерская« 5 Приокская; 6 - Среднерусская*

Тоже в табл- 3-5»

4-2-Оценка пространственной дифференциации питательных элементов в агроэкосистемах и их сочетаниях

В условиях интенсивного антропогенного воздействия на

агроэкосистемы происходит усиление влияния многих экологических Факторов 1 таких как скорость миграции разных химических соединений« трансформируется роль ряда биогеохимических барьеров ч таких как верхний гумусовый слой почвы« возникают новые« связанные с накоплением нитратов и фосфатов в грунтовых водах« также как с появлением пространственных зон обеднения и обогащения различными элементами«

Наиболее полно оценить возникающую ииграцию можно при комплексном подходе - учитывая естественную дифференциацию почвенного покрова в связи о рельефом« применение средств химизации И сумму этих состав л яющих - пространственную дифференциацию содержания питательных элементов» что представляет интерес как в агрономическом, так и в экологическом плане« поскольку воздействие агрохимикатов не ограничиваются рамками агрсценозов« в которые они вносятся* Подобные исследования - поиск взаииосвязи между Формами рельефа« характером сформировавшихся лочв у пространственной дифференциацией содержания питательных элементов и продуктивностью агроэкосистем - были осуществлены в пределах почвенно-геохимических катен (агроэкосистем) различных районов Подмосковья« Так« в зоне серых лесных« дерново-подзолистых и пойменных почв Серпуховского и Чеховского районов на крупномасштабные почвенные карты нанесены элементарные участки с результатами мониторинга содержания в почвах различных питательных элементов (обменные Формы фосфата« калия« кальция, магния« подвижные Формы микроэлементов - цинка« меди« марганца« кобальта и др.). Полученный цифровой материал подвергнут обработке с использованием методов автоматической визуализации пространственных параметров на ЭВМ« в результате чего получены контуры достоверного распределения содержания отдельных питательных элементов• Полученные зоны пространственного распределения подвижных Форм фосфатов и цинка (обеднение верхних частей склонов и аккумуляция в нижних) свидетельствуют об увеличении миграции этих соединений при внесении в почвы высоких доз фосфатов и органики. Зоны аккумуляции подвижных Форм кальция и магния также взаимосвязаны с геоморфологическими свойствами местности•

В бассейнах двух малых рек Подмосковья« расположенных в Шатурском <Р-Ялма« Клязъменская ЛП> и Одинцовском <р*Сторожка« Москворецко-Окская ЛП) районах» являющихся по ряду почвенных, гидрогеологических« геоморфологических признаков и типу использования зенель наиболее характерными для районов Подмосковья с преобладанием кормовых культур в сукцессионной структуре агроценозов« были изучены закономерности биогеохимической дифференциации вещества« в первую очередь« соединений азота и других макро- и микроэлементов в различных агроэкосистемах« расположенных на противоположных элементах рельефа (элювиальные и с*/пераквальные« аккумулятивные ландшафты) •

Дозы удобрений (МРК) в бассейне р«Ялма в среднем составляли

220-260 кт/rai в бассейне р. Сторожка - 240-270 кг /г а как для элювиальных* так и для аккумулятивных ландшафтов- Вследствие интенсивного вымывания веществ из вышерасположенных элювиальных ландшафтов и их аккумуляции в сопряженных супераквальных ландшафтах содержание различных соединений биофилов в почвах изменяется) что сказывается на химическом составе трав и их биопродуктивности* Содержание различных элементов в почвах элювиальных ландшафтов« например« под многолетними траваии в несколько раз ниже« чей в почвах аккумулятивных ландшафтов« в 2-3 раза ниже их накопление в бионассе трав и ниже бнепродуктивность (35 и 72 ц/га« соответственно).

Независимо от вида культуры в наибольшей степени происходит концентрирование N03- > По > Р > Си > Zп*

На основании исследований« изложенных в данной главе« уже может быть сделано практическое заключение о топ« что а элювиальных« возвышенных агроэкосистемах дозы удобрений должны быть увеличены на 30-50tf по сравнению с существующими нормативами при соответствующем уменьшении их в пойменных агроэкосистемах*

4>3*Экологическая оценка прииенения минеральных и органических удобрений в Московской области

Анализ литературных и собственных экспериментальных данных« выполненный в этой работе« показывает необходимость сравнительной оценки эффективности применяемых в течение последних 5-7 лет минеральных и органических удобрений с экологически обоснованными дозами« требуемыми для получения достигнутой продуктивности

сельскозяйственных культур в агроэкосистемах Московской области« Такой анализ был выполнен с использованием разработанной экспертной системы оценки экологически оптимальных доз удобрений*

4«3•1«Описание экспертной системы оценки экологически оптимальных доз удобрений (ЭОЛУ >

Данная система разработана на основании базы данных« состоящей из результатов эколого-биогеохимического мониторинга аграэкосистен Подмосковья и включающей в себя более ISO тыс* единиц информации*

На основании системного анализа полученной информации с использованием современной коипывтерной техники рассматриваются различные вероятностные оценки возможного загрязнения вод и почв соединениями азота и фосфора* С использованием этих оценок рассчитываются предельно допустимые величины азотных и фосфорных удобрений для каждой структурной единицы природной организации

- И - _„ --------- ----

Подмосковья. В дальнейшем осуществляется совмещение этих природных единиц (видов ландшафтов) с административными границами районов* Превышение установленных величин имеет обязательный следствием увеличение загрязнения окружающей среды-

С использованием изложенных подходов к разработке системы ЭОДУ был сформулирован алгоритм последователъностнях компьютерных операций по оценке параметров экологически допустимого воздействия на агроэкосистены Носко©окон области« В соответствии с разработанным алгоритмом осуществляется расчет доз удо^руний под планируемую или достигнутую продуктивность- Полученные величины сравниваются с введенными ограничениями и затем выдаются соответствующие рекомендации«

4-3.2« Сравнительная оценка эффективности удобрений в

агрозкосистеиах Подмосковья

Сравнительный анализ эффективности минеральных и органических удобрений» применяемых в Московской области под различные сельскохозяйственные культуры» был выполнен с использованием системы ЭОЛУ для реальных условий» складывающихся в хозяйствах области.

Выли оценены агроценозы озимой пыетгци* ячменя* картофеля» овощей < капусте > и корнеплодов (кормовая свекла)» кукурузы * сеяных многолетних трав» лугов и пастбищ* к»к наиболее значимые в растениеводческой продукции Московской области, а период исследования 1991 год, когда применение удобрений на среднем уровне*

достигнутом в 19С0--1 гг. Расчеты выполнены на ЭВМ 1ВМ-РС/АТ в ГОЩАС "Московский" •

В связи с целью исследований было проведено сравнение реально вносимых доз органических и минеральных удобрений и рекомендуемых под достигнутую урожайность с использованием компьютерной системы ЭОДУ« Расчеты сделаны для 420 хозяйств всех 39 административных районов Московской области-

В качестве примера в табл.3-5 приведены полученные результаты для 11 административных районов как наиболее репрезентативных для 4 КВС и 6 ЛП- Показано, что во многих хозяйствах дозы примененных удобрений были существенно завышены для получения фактической продуктивности агроценозое озимой тленицы в 1991 году-

Таблица 3- Оценка эффективности минеральных и органических удобрений в 1991 году под озимую пшеницу (Фактическое применение и рассчитанное по системе ЭОДУ, орг.-т/га» нин»-кг/га)

КВС ЛП Администра- Хозяйство Продук- Применение удобрений

тивный район тивность» Фактическое расчетное

ц/га орг. N Р К орг. N Р К

1 1 Клинский Елгозинский 26 - ВО 50 80 - 10 70 во

1 1 Сергиево-Посадский Зубцовский 2В - 126 201 60 20 80 90

2 2 Волоколамский Авангард 26 - 69 33 60 - 20 70 80

2 3 Истринский Победа 17 50 322 455 375 30 -40 - - -

2 2 Одинцовский Зв енигородск 22 5 106 72 103 30 -40 - - -

2 3 Подольский Кленово-Чег. 19 - 95 160 132 - - 40 40

з 5 Серпуховский Большевик 14 - 200 137 263 - - 20 20

3 6 Серебряно-Прудский Земледелец 29 27 127 64 70 30 -40 "

4 4 Орехово-" Зуевский Белавинская 17 - 30 30 37 - 50 40

4 Раменский Путь Ленина 18 61 136 96 162 30- -40 - - -

В относительно чистых с экологической точки зрения Верхне-Волжской и Клязьменской КВС <Маклерская ЛП) реально внесенные и рассчитанные дозы минеральных и органических удобрений были ближе* чем в более загрязненных Москворецкой и Окской системах- Следовательно * если в хозяйствах Верхне-Волаской и Клязьненской КВС система ЭОДУ рекомендует применять как органические* так и минеральные удобрения* то в двух последних КВС в большинстве хозяйств рекомендовано использовать только органические удобрения без внесения минеральных (Табл.3). Это позволило бы уменьшить антропогенное давление на состояние различных компонентов агроландшаФтов* прежде всего грунтовых и поверхностных вод-

В ¿аде большей степени необходимость отказаться * по крайней мере * в течение одного года от минеральных удобрений при условии применения органических удобрений выражена для картофеля (Табл.4)»

Таблица 4. Оценка эффективности минеральных и органических удобрений в 1991 году под картофель (фактическое применение и рассчитанное по системе ЭОДУ» орг•-т/га» мин■-кг/га)

КВС ЛП Аднинмстра- Хозяйство Продук- Применение удобрений

тивный район тивность Фактическое расчетное

ц/га орг- Ы Р К орг- К Р К

1 1 Сергиево- Посадский Хотьковский 93 37 33 32 58 30 -40 - - -

1 1 Клинский Усачинский 75 33 83 50 99 30 -40 - - -

2 2 Волоколамский Чискенский 130 100 44 78 89 30' -40 - - -

2 2 Истринский Победа 50 63 233 220 107 30- -40 - - -

2 3 Наро-Фоиинский Веселоаский 64 40 830 860 600 30 -40 - -

2 3 Ступинский Михневский 139 29 102 101 104 30 -40 - - -

2 3 Подольский Кленово-Чег - 148 83 210 НО 111 30 -40 - - -

3 5 Серпуховский М-гвардия 50 - 96 108 34 - - - -

3 6 Серебряно-Прудский Подхояенский 78 - 83 84 83 - - - -

4 4 Орехово-Зуевский Ильинский 69 26 43 66 80 30 -40 - - -

4 Раиенский * '. Г г. г. г. 145 35 99 11В 77 30- -40 - - -

Можно отметить, что практически во всех обследованных хозяйствах области для достижения полученной в 1991 году продуктивности агроценозов картофеля от 44 до 220 ц/га было достаточно питательных веществ« вносимых с органическими удобрениями, т.е. применение минеральных удобрений в дозах 37-930 кг/га М, 32-860 кг/га Р205 и 34-600 кг/га К20 было совершенно необязательным.

В этом случае вполне обоснованно предположение о значительных потерях внесенных удобрений за счет вымывания и денитрификации. Аналогичное заключение может быть сделано и при оценке эффективности применения удобрений под кукурузу-

Как показано в таблице 5, для получения фактической продуктивности агроценозов овощей (капусты) в 1991 году на уровне 93-429 ц/га было необходимо внести только органические удобрения в дозах 45-50 т/га,

рассчитанных по системе ЭОЛУ- В то же время« фактический уровень применения органических удобрений под закладку многолетних трав в 1991 году <0«2-22 т/га) значительна ниже рекомендуемого Э0#У - 30-40 т/га» то есть получить продуктивность агроценозов многолетних трав порядка 50-70 ц/га без внесения минеральных удобрений не представлялось возможным во всех исследованных КВС-

Таблица 5» Оценка эффективности минеральных и органических удобрений в 1991 году под овощи ( фактическое применение и рассчитанное по системе ЭОДУ« орг.-т/га» мин--кг/га)

КВС ЛП Аднинистра- Хозяйства Продук- Применение удобрений .

тивный район тивность фактическое расчетное

ц/га орг. N Р К орг. N Р К

1 1 Сергиево-Посадсккй Марьинский 301 - 160 173 160 - 40 100

2 2 Истринский Глебовское 300 60 - - - 45 -50 - - -

2 2 Одинисвский Звенигород- 321 51 147 117 203 45 -50 - - -

2 3 Ступинский Жилевский 405 7 257 241 189 45 -50 - - -

2 3 Ленинский ии-Горького 237 9 93 33 163 45 -50 - - -

3 5 Серпухов ский Большевик 439 10 165 103 258 45 -50 - -

3 5 Серпуховский Эаокский 471 - 139 135 272 - 70 70 170

4 4 Павлова-Посадский П-Посадский 282 86 87 70 196 45 -50 - - -

4 2 Дпитровский ии - Горького 114 43 171 143 200 45 -50 - -

Приведенные выше данные по низкой агрономической и экологической эффективности удобрений в различных агроэкосистемах Московской области подтверждаются результатами натурных экспериментов« проведенных нами в пойменных (супераквальных) ландшафтах р «Ока« используемых для выращивания орошаемых овощных культур« в которых показано« что продуктивность агроценозов капусты может быть получен в пределах 500-700 ц/га без дополнительного внесения азотных удобрений в течение одного года« а во второй год последействия удобрений происходит снижение урожайности« но и в этих условиях продуктивность может быть в пределах 200-300 ц/га. Это связано с накоплением в пойменных почвах больного количества доступного азота» как за счет предшествующего

внесения удобрений и увеличения азотминерализующей способности почв, так и за счет постоянного стока азота с выыерасположенных ландшафтов. Соотношение этих источников» однако, примерно как 5^1 <Башкин» 1998)» т.е. основной источник азота - избыточное накопление азота и его последействие •

Установлено, что эта избыточная аккумуляция может достигать 504Х от суммы азота» поступающего в агроэкосистену и основное накопление азота происходит в почвах» грунтовых водах и растениеводческой продукции. Аналогичным образом характеризуется и избыточное накопление фосфатов в почвах Подмосковья ?Кудеярова и др»1 1Э92)-

Эти сведения об аккумуляции остатков азотных и фосфорных удобрений в почвах агроэкосистем Подмосковья еще раз свидетельствует о низкой экологической и агрономической эффективности их применения во многих административных районах. Кроме того» следует подчеркнуть» что до сих пор происходит завышение доз удобрений по сравнению с рассчитанными в ПИЦАС "Московский" по существующим нормативам < Радоз-2 и ЭКОУД > -

Для управления сложившейся ситуацией в области невозможно обойтись без использования в практике сельскохозяйственного производства эколого-«иогеохнмического районирования и созданной на его основе системы экологической оптимизации применения удобрений с учетом ландшафтной организации территории. Экспертно-советуюыая система ЭОДУ, построенная на принципах экологической оптимизации дез удобрений, не вступает в явило противоречие с используемым в Московской области ГТК ЭКОУД» а лишь дополняет его в части учета существующей природной структуры сельскохозяйственных территорий и ее антропогенной трансформации■

4.4. Экологическое норииров ания антропогенной нагрузки на агроэкосистемы Московской области

Анализ полученных экспериментальных данных и их сопоставительная оценка на основе имеющихся сведений по природной организованности территории и антропогенной нагрузке на природные комплексы позволяют сделать прогноз поведения элементов-загрязнителей в агроэкосистемах различных элементарных природных и природна-антропогенных структурных единицах Московской области*

Если оценить ситуацию в целом» то можно сделать заключение, что в ландшафтах Верхне-Волжской КВС актуальная и потенциальная вероятность загрязнения вод соединениями азота и фосфора незначительны- Эта вероятность несколько возрастает в отдельных ландшафтах

Сноленско-Московской ландшафтной провинции до среднего уровня* Гораздо больше актульное загрязнение и потенциальная вероятность загрязнения поверхностных и особенно грунтовых вод соединениями ааота - нитратами в Москворецко-Окской ландшафтной провинции Москворецкой КВС (частично Окской КВС) и соединениями фосфора (ортофосфаты) в Мещерской ЛП Клязъкенской (частично Окской) КВС* В Приокской ЛП уровень загрязнения особенно велик в 3-й ландшафтном виде (заокская часть Серпуховского района - АО Балковский« Заокский)« а также в Озерском районе (4-й и 42-й ландшафтные виды)* В Среднерусской ЛП актуальная и потенциальная вероятность загрязнения поверхностных вод выражены вследствие эрозионного размыва черноземных почв и интенсивного поверхностного стока (2-й и 5-й ландшафтные виды)*

Таблица 6* Экологические нормативы поступления азота в агроэкосистены различных районов Подмосковьяi кг/га/год

Административный Вероятность загрязнения Экологические норкы

район вод* поступления азота

Поверхностные Грунтовые (ати-осадки+здобрения)

Лотошинский 1 1 В0-90

Чеховский 2 2 60-90

Серпуховским 2 3 50-70

Орехово-Зуевский 2 2 45-65

Каширский 1 1 ВО-100

Клннский 1 1 ВО-100

* 1-слабая« 2-средняяI 3-сильная

В районах повышенной и высокой вероятности загрязнения поверхностных и грунтовых вод рекомендуется существенно ограничивать дозы применения удобрений*

Необходимо отметить« что в Московской области« особенно вблизи крупных промышленных городов (Москва-Подольск« Воскресенск« Серпухов« Ногинск) поступление азота в агроэкосистены происходит не только с удобрениями* но и за счет атмосферных выпадений» величина которых достигает 15-20 кг/га М- Следовательно« экологические нормативы поступления азота в отдельные агроэкосистены должны включать в себя

оба этих источника. Таблица 6 показывает эти величины для некоторых административных районов Подмосковья.

Сравнивая эти величины с данными таблиц 3-5, можно сделать заключение о необходимости дополнительного снижения догэ минеральных удобрений в таких районах как, например, Серпуховским,

Орехово-Зуевский и другие•

ВЫВОДЫ И ПРЕДЛОЖЕНИЯ

1«Преселенз ксмплексная ^колога-биогеохимическая оценка

антропогенней нагрузки на агроэкосистемы Московской области на основании данных по их природной ландшафтной» почвенной и биогеохииической структуре» по результатам биогеохимического мониторинга почв» агроценоэов и прилегающих естественных биогеоценозов.

2-Установлено» что содержание практически всех элементов-биофилов в почвах агроэкосистем Московской области в настоящее время в большей степени обусловлено факторами естественной структуры территории (каскадно-водосбарные системы и ландшафтные провинции)» чем уровнями антропогенной нагрузки (удобрения» мелиорант«'» атмосферные осадки)«

3»И^учепа пространственная дифференциация питательных элементов в агроэкосистемах и ее влияние на биопродуктивность• Выявлены биогеохимические зоны обеднения и аккумуляции многих элементов, таких как азот, фосфор, кальций, медь, цинк» состав чегк,' совмещенные биогеохимичегы-мо •« геопирфологические карты для ключевых участков в пойме р.Ока, используемой для вырашивания орошаемых овощных культур.

4.Разработана экспертная система для экологической оптимизации доз минеральных и органических удобрений в агроэкосистемах Подмосковья, реализованная на персональных компьютерах. С использованием этой системы рассчитаны экологически оптимальные дозы удобрений для основных агроценоэов <озимая гшенкца* ячмень? картофель* кукуруза, овощи» травы) в различных природных и административных районах Подмосковья- Показано» что в относительно чистых Верхне-Волжской и Кляэьменской каскадно-водосборных системах рассчитанные и Фактические дозы удобрений были существенно ближе» чем в сильно загрязненных остатками азотных и фосфорных удобрений Москворецко-Окскай и Окской системах.

5«С использованием принципов экологического нормирования

рассчитаны величины допустимой антропогенной нагрузки азотом и фосфором (удобрения, мелиоранты» атмосферные осадки) на агроэкосистемы

различных административных районов Московской области«

ПРАКТИЧЕСКИЕ РЕКОМЕНДАЦИИ

1-Разработана экспертная система ЭОДУ для оптимизации доз минеральных и органических удобрений в соответствии с требованиями минимизации негативного антропогенного воздействия . на состояние окружающей среды- С использованиеи этой системы рассчитаны дозы азота« фосфора» калия и органики для получения экологически оптимальной биопродуктивности основных сельскохозяйственных культур« выращиваемых в Московской области*

2-Разработаны экологические нормативы допустимой антропогенной нагрузки на различные агроэкосистены Московской области* Показано« что во многих административных районах дозы удобрений должны быть уменьшены на 15-75Й по сравнению с уровнем начала 1990-х годов* однако * в ряде районов ( Лотошинский * Клинсккй» Шаховской * Кашинский1 Наро-фоминский« Волоколамский» Можайский и др.) они могут быть даже увеличены» если это увеличение будет оправдано экономически*

СПИСОК РАБОТ, ОПУБЛИКОВАННЫХ ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИИ 1 * Дифференциация почв и содержания в них подвижных форм некоторых биофилькых элементов в связи с рельефом//Почвоведение» 1991.N12,С-13-23 <в соавт.).

2•Особенности пространственной дифференциации подвижных Форм микроэлементов в агроландыафтах Южного Подмосковья//Почвы Среднего Поволжья и Урала« теория и практика» их использование и охрана. Казань « 1991.С*288-292 (в соавт*)*

3 * Экологически оптимальная биопродлуктивность агролаядшафтов// Экспериментальная экология <отв*ред. В-Н.Кудеяров)* М*iНаука»1991* С-214-244 <в соавт*)*

4-Тип распределения агрохимических показателей в почвах Московской области в зависимости от природных и антропогенных факторов// Агрохимия» 1991.N11-С.63-71 (в соавт*).

5-Эколого-агрогеохикическое районирование Московской области //Пушкно,1992*172с* <в соавт.).

6*Differentiation of soils and their mobile biophilic elements content wi th respect to topography//Eurasi an Soi 1 Sc i ence« 1992*V* 24*N2* P.37-46 (в соавт.)*