Агроэкологическая оценка ландшафтов Выборгского района Ленинградской области
Введение
Агроэкосистемы, или аграрные экологические системы, - сознательно спланированные человеком территории, на которых сбалансировано получение сельскохозяйственной продукции и возврат её составляющих на поля для обеспечения круговорота минеральных и органических веществ. В правильно спланированные агроэкосистемы, кроме пашен, входят пастбища или луга и животноводческие комплексы. К основным компонентам агроэкосистем относятся:
внешняя среда и ее влияние;
продуценты (полевые культуры и сорняки);
прямые потребители (человек, домашние животные, вредители, возбудители болезней);
редуценты (почвенная микрофлора, микро- и мезофауна, питающаяся отмершей органической массой).
Все эти компоненты взаимосвязаны в цепи питания, но в отличие от большинства естественных экосистем агроэкосистемы в значительной степени разделены пространственно.
Основная задача агроэкосистем - давать максимальную продуктивность необходимого для человека продукта, ради которого создается агроэкосистема. В первую очередь - это получение максимального урожая в земледелии. Максимальный урожай - это тот урожай, который получается при оптимальном обеспечении факторов роста и развития растений, зависящих от технологии земледелия (агротехнологии), т.е. при 100% выполнении правил агротехники. (#"justify">Целью данной работы является оценка конкретных агроэкосистем Выборгского района Ленинградской области. Необходимо определить устойчивость почв к антропогенному воздействию, направленность и интенсивность процессов деградации, определение основных мероприятий для снижения антропогенного воздействия на данные агроэкосистемы.
Исходные данные:
Почва: дерново - среднеподзолистая легкосуглинистая на покровных суглинках. Южный склон, средневолнистая территория. С/х угодья - 200 км от СПб. Культура: Озимая пшеница.
∆ 12 лет
Гумус - 5,2% 4,0
рН - 6,0 5,0
Р2О5 - 250 мг/кг 100
К2О - 200 мг/кг 100
V - 80%
Плотность - 1,12 г./см3 1,20
h - 26 см
Q - 3,0*109 ккал
Kq - 3,0%
W1 - 200 мм в почве
Kw - 510 мм на 1 ц
Металлы:
Cd - 2,2 мг/кг - почва, 0,30 мг/кг - фон; Cr - 14,2 мг/кг, 8,1 мг/кг - фон
1.Характеристика Выборгского района
Выборг - город в России, административный центр Выборгского муниципального района Ленинградской области. Выборг расположен на западе Карельского перешейка в 122 км к северо-западу от центра Санкт-Петербурга и в 27 км к востоку от границы с Финляндией. Географические координаты: 60°42′33″ с. ш. 28°44′39″ в. д. Максимальная высота над уровнем моря - 51 м.
Граничит:
·на севере - с Каменногорским городским поселением,
·на востоке - с Гончаровским сельским поселением,
·на юге - с Советским городским поселением,
·на западе - с Селезнёвским сельским поселением.
Город расположен на берегу Выборгского залива, находящегося в северо-восточной части Финского залива. Это крупный экономический, промышленный и культурный центр Ленинградской области, порт на Балтике, важный узел шоссейных и железных дорог.
Выборг, основанный в Средние века шведами, с 2010 года является единственным историческим поселением Ленинградской области. До 1940 года это был второй по величине город Финляндии. Среди достопримечательностей - Выборгский замок, библиотека Алвара Аалто, парк Монрепо. Всего в Выборге сосредоточено более 300 различных памятников: архитектурных, исторических, скульптурных, археологических, садово-паркового искусства. С марта 2010 года - «Город воинской славы».
Численность населения - 80 896 чел. (2013), площадь - 160,847 км². Выборг - второй по населению и крупнейший по площади город в Ленинградской области.
1.1Климат
Климат города морской с переходом к континентальному. Зима умеренно мягкая, лето умеренно тёплое, что для такой географической широты объясняется влиянием Гольфстрима. При этом максимальная температура, зарегистрированная в Выборге, составляет +34,6°C, а минимальная −38°C.
В целом климат Выборга более холодный, чем климат расположенного на более низкой широте Санкт-Петербурга, а самый холодный месяц - февраль. Среднегодовая температура +4,8°C (для Петербурга +5,8°C).
Осадков в Выборге выпадает немного больше, чем в Петербурге. Больше осадков выпадает летом, осенью и зимой, существенно меньше - весной. Годовое количество осадков 677 мм, в зимний период выпадают преимущественно в виде снега. Среднегодовая относительная влажность воздуха - 80%. Преобладают юго-западные ветры. Среднегодовая скорость ветра - 3,4 м/с.
Весной и летом наблюдается явление белых ночей, при максимальной долготе дня 19 ч. 10 мин., а минимальной - 5 ч. 38 мин. Число часов солнечного сияния - 1530 в год. В среднем дневная инсоляция на горизонтальной поверхности составляет 2,79 кВт/м².
Климат ВыборгаПоказательЯнв.Фев.МартАпр.МайИюньИюльАвг.Сен.Окт.Нояб.Дек.ГодАбсолютный максимум,°C6,510,013,822,129,032,934,633,427,219,011,18,434,6Средний максимум,°C−4−4,10,57,214,719,222,320,214,37,91,7−2,18,2Средняя температура,°C−6,7−7,2−2,93,010,315,118,316,310,95,5−0,4−4,64,8Средний минимум,°C−9,5−10,5−6,4−0,55,911,114,312,77,93,2−2,3−7,11,6Абсолютный минимум,°C−36,8−34−29−20−50,05,80,0−4−11,4−19,8−34−36,8Норма осадков, мм483640314063658268766761677Температура воды,°C0,00,00,12,010,316,719,718,713,57,32,00,37,6
1.2Рельеф и геологическое строение
Город расположен на территории Выборгской низменности. Рельеф пересечённый, средняя высота над уровнем моря повышается к северу, самая высокая точка (51 м) расположена в Скандинавском микрорайоне. В центральной части города самое высокое место - Батарейная гора (33 м)
Выборг находится в пределах Балтийского щита, где близко к поверхности выходят кристаллические породы раннепротерозойского периода, преимущественно - гранит-рапакиви. Поэтому морены здесь имеют менее резкие очертания. На вершинах коренные породы обнажены, а на нижних, более пологих склонах прикрыты песчаной и супесчаной мореной с гравием, щебнем и валунами. Они покрыты озёрными и озёрно-аллювиальными отложениями четвертичного периода. Характерными ледниковыми формами рельефа являются «бараньи лбы». Берег Финского залива сильно изрезанный, с множеством скалистых островов и проливов между ними. Вдоль берега протянулись песчаные террасы высотой 2-5 метров, ограниченные высокими уступами. Вблизи города есть месторождения облицовочного камня.
1.3Почвы и растительность
Почвы на территории города, преимущественно, подзолистые, бедные перегноем и отличающиеся значительной кислотностью. Основными почвообразующими породами являются пески и супеси, подстилаемые суглинками и глинами. Велико количество камней - более 500 м³/га. Среднегодовая температура земли 3,8°C. Сельскохозяйственное использование почв требует искусственного улучшения.
В городе имеется большое количество озеленённых территорий. Общая площадь городских парков и скверов составляет более 432 тыс. м². В центре города произрастают, преимущественно, лиственные породы деревьев, а на окраинах сохранились коренные еловые и сосновые леса.
По степени окультуренности почва относится к хорошо окультуренным дерново - подзолистым почв (по заданию).
1.4Экология
В городе наблюдается повышенный уровень загрязнения атмосферного воздуха, отмечались превышения ПДК в 4 раза. Основными источниками загрязнения атмосферного воздуха являются энергетические комплексы и автотранспорт.
Высок уровень загрязнения почв, в зоне промышленных предприятий он приближается к чрезвычайно опасному. Высоко содержание тяжёлых металлов, особенно свинца и цинка.
Город находится на территории с повышенной концентрацией радона. В подвалах некоторых зданий радиационный фон превышает ПДК.
2.Оценка продуктивности агроэкосистемы
2.1 Расчет величины потенциального урожая (ПУ), который может быть теоретически достигнут при соблюдении агротехники и оптимальных почвенных условиях.
Определение ПУ озимой пшеницы, если Q = 3,0*109 ккал
ПУ =Q*Kq/100*q*100, ц/га
Q - сумма радиации за период вегетации, ккал/га
Kq - коэффициент использования фотосинтетической реакции, %
q - калорийность органической массы единицы урожайности, ккал/га
ПУ = 3,0*3,0/100*4450*100 = 20,2 ц
Определение ПУ, если Km = 0,45 абс. сухой массы и стандартной влажности 0,5
ПУ тов=20,2*0,45=9,1 ц/га - на сухую биомассу
ПУ тов =20,2*0,5=10,1 ц/га - на станд. влажность
2.2 Определение КОУ по влагообеспеченности посевов
КОУ=100*W/Kw, ц/га
W - ресурс продуктивной влаги, мм
Kw - коэффициент водопотребления мм/ц
W=W1+P, мм
P - сумма осадков, испарения растениями, мм
W1 - ресурс прод. влаги, которая есть в почве
P=D*К, мм
Р=677*0,7=474 мм
W=200+474=674 мм
КОУ=100*674/510=132 ц/га
КОУтов. прод.=132*0,45=59,4 ц/га - на сухую биомассу
КОУтов. прод.=132*0,5=66 ц/га - на станд. влажность
2.3 Определение действительно возможной урожайности (ДВУ)
Лимитирующий фактор - обеспеченность элементами питания.
ДВУ=Д/В, ц/га
Д - количество элементов питания, которые могут быть получены растениями из почвы
В-вынос элементов питания на формирование продукции
Гумус - 5,2%
К2О - 200 мг/кг
Р2О5 - 250 мг/кг
h - 26 см (0,26 м)
Плотность - 1,12 г./см3
М (пах. слоя)=10000*1,12*0,26=2912 т
Расчет ДВУ по N, P, K
Определение запасов N по содержанию гумуса:
Запасы гумуса (х) 100 кг - 5,2 х= 2912000*5,2/100=151424 кг
-х
а) Запасы N: в гумусе №5%
кг - 5 кг N х= 151424*5/100=7571,2 кг - общий запас N 151424-х
б) Минерализуется №1,5%
кг - 1,5 кг х=7571,2*1,5/100=113,6 кг
,2-х
в) Усвоение N - 40%
кг - 40 кг х= 113,6*40/100=45,4 кг - количество N, который может быть
,6-х усвоен из почвы озимой пшеницей
г) ДВУ= 45,4/3 (вынос оз. пшеницей N)=15,3 ц/га
ДВУ Р2О5:
а) 1 кг - 250 мг/кг х = 2912000*250/1000=728 кг/га
-х
б) К исп.
- 5 х=728*5/100=36,4 кг
-х
в) ДВУ=36,4/1,1(вынос оз.пшен. Р) =33,1 ц/га
ДВУ К2О
а) 1 кг - 200 х=2912000*200/1000=582 кг
-х
б) Кисп.
кг - 10 х= 582*10/100=58,2 кг 582-х
в) ДВУ=58,2/2,5(вынос оз.пшен К) =23,3 ц/га
N (15,3) P (33,1) K (23,3)
Продуктивность лимитирует в первую очередь N, затем К2О.
2.4Определение продуктивности при помощи почвенно-экологических индексов
ПЭИ= 12,5 (2-V)*M*D∑t›10˚C*(Kувл. - р) / КК+100,
V - плотность почвы, средняя для метрового слоя
M - коэффициент по гран. составу
D - дополнительный поправочный коэффициент
∑t›10˚среднегодовая сумма активных температур
р - та влага, которая сущ. в почве
КК = 360 (tmax - tmin)/Ш+10,
tmax - средняя температура теплого месяца
tmin - средняя температура холодного месяца
Ш - широта местности
КК=360 (34,6 - (-38)) / 60+10=373,4
ПЭИ=12,5*0,52*0,86*1*2430 (1,1-0,05)/373,4+100=30
Перевод в балл бонитета: 30*0,92=27,6 балла
,6*0,17 (цена балла)=4,69 ц/га
3.Оценка устойчивости почв к антропогенному воздействию
Устойчивость - способность почвы сохранять производительную способность при антропогенном воздействии и восстанавливать свои свойства после его прекращения.
1.Почвообразующие породы:
)0 баллов - морена, флювиогляциальные отложения, аллювиальные, пески.
2)1 балл - моренные и флювиогляциальные отложения на выровненных депрессиях, маломощные пески и супеси, подстилаемые мореной.
)2 балла - легкие суглинки, подстилаемые мореной.
)3 балла - моренные суглинки и глины.
)4 балла - карбонатные, покровные суглинки и глины.
2.Рельеф:
)0 баллов - сильноволнистая территория › 10º.
2)1 балл - средневолнистая 3-10º.
3.Увлажнение:
)0 баллов - подзолы и дерново - подзолистые почвы на песках.
2)1 балл - супеси.
)2 балла - суглинистые почвы, дернорво - карбонатные.
)3 балла - аллювиальные дерново - глеевые почвы.
)4 балла - аллювиально - луговые, болотные.
4.Теплообеспеченность:
)0 баллов - Северные склоны.
2)1 балл - Восточные склоны.
)2 балла - Западные склоны.
)3 балла - Ровные склоны, суглинистые и легкие почвы.
)4 балла - Почвы южной экспозиции, суглинистые.
5.Гумусированность (запасы гумуса в Апах. - 0 - 20 см):
)0 баллов - ЗГ ˂10 т/га - крайне неустойчивые почвы.
2)1 балл - ЗГ 10-20 т/га - неустойчивые.
)2 балла - ЗГ 20-40 т/га - малоустойчивые.
)3 балла - ЗГ 40-60 т/га - относительно устойчивые.
)4 балла - ЗГ 60-80 т/га - устойчивые.
)5 баллов - ЗГ˃80 т/га - высокоустойчивые.
6.Кислотность:
)0 баллов - сильнокислые и кислые почвы рН˂4,5 - неустойчивые.
2)1 балл - средне- и слабокислые с рН 4,5-5,5 - относительно неустойчивые.
)2 балла - нейтральные, близкие к нейтральным - устойчивые.
7.Степень насыщенности почв основаниями (V):
)0 баллов - V ˂20% - неустойчивые.
2)1 балл - V 20-40% - малоустойчивые.
)2 балла - V 40 - 60% - относительно устойчивые.
)3 балла - V 60-80% - устойчивые.
)4 балла - V 80-100% - высокоустойчивые.
8.Первичная биопродуктивность (по неотчуждаемой биомассе сухого вещества, ц/га):
)0 баллов - ˂ 40 - неустойчивые.
2)1 балл - 40-60 - малоустойчивые.
)2 балла - 60-80 - относительно устойчивые.
)3 балла - 80-100 - устойчивые.
)4 балла - ˃100 - высокоустойчивые.
9.Степень сельскохозяйственной освоенности:
)-3 балла - слабоокультуренные почвы ˂5т/га (слабая агротехника, низкая насыщенность органическими и минеральными удобрениями (˂60 кг/га)).
2)-2 балла - среднеокультуренные почвы 5-10 т/га (оптимальная агротехника, минеральные удобрения (60-180 кг/га).
)-1 балл - высокоокультуренные почвы ˃10 т/га (высокий уровень агротехники, минеральные удобрения (˃180 кг/га).
10.Оценка почв по ∑ баллов:
)Крайне неустойчивые - 0-4 балла.
2)Неустойчивые - 5 - 9 баллов.
)Малоустойчивые - 10 - 14 баллов.
)Относительно устойчивые - 15 - 19 баллов.
)Устойчивые - 20 - 24 балла.
Оценка дерново-среднеподзолистой легкосуглинистой почвы
Рельеф1 баллУвлажнение2 баллаТеплообеспеченность4 баллаГумусированность3 баллаКислотность3 баллаСтепень насыщенности основаниями4 баллаПервичная биопродуктивность3 баллаСтепень с/х освоенности2 балла∑ балл22 балла - устойчивые
4.Оценка степени и периода деградации
агроэкосистема земля деградация
Деградация - совокупность процессов, которые приводят к изменению функции почв, ухудшают их свойства, снижают природно-хозяйственное значение.
В зависимости от факторов выделяют 4 типа деградационных ландшафтов:
1.Земли технологической, или эксплуатационной деградации. Земли не пригодны без рекультивации (карьеры, торфопредприятия, земли под строительство).
а) Физическая деградация - это итог процессов нарушения сложения почвы, нарушение комплекса физических свойств. Причины: низкая культура земледелия.
б) Агроистощение - это потеря плодородия в результате потери элементов питания, ухудшения реакции среды, ППК. Причина: нарушение систем земледелия.
.Эрозия - нарушение покрова почв поверхностными стоками вод. Причины:
)Осадки ливневого характера;
2)Рельеф;
)Изреженное проективное покрытие;
)Породы, подверженные размыванию;
)Гран. состав.
3.Засоленные почвы - избыточное накопление легкорастворимых солей.
4.Заболоченные почвы - изменение водного режима, выражается во временном переувлажнении, подтоплении или затапливании почв.
Степень деградации определяется по баллам:
0 - недеградированные почвы - продуктивность соответствует оптимальному плодородию;
- слабо деградированная почва - снижение продуктивности не более 25%;
- средне деградированная почва - 20 - 25%;
2- сильно деградированная почва - 50 - 75%;
- очень сильно деградированная почва - более 75%.
Если деградация почвы характеризуется увеличением значения показателя (плотность почвы, содержание тяжелых металлов и т.д.), то период деградации рассчитывается по формуле:
Td= (Xmax - х0)*∆T/x1 - x0, лет
х0 - предыдущее значение деградации почвы;
∆T - временной промежуток между двумя обследованиями (в годах);
x1 - значение критерия деградации почвы при текущем обследовании.
Плотность
1)1,20/1,12=1,07 - 0 степень деградации
2)Xmax =1,20*1,4=1,68
3)Td= (1,68 - 1,12)/12/1,20 - 1,12=84 года
Физическая деградация почвы составит 4^84, то есть при сохранении данной тенденции через 84 года почва достигнет 4-ого балла деградации.
Гумус
Если деградация почвы характеризуется уменьшением значения показателя (плотность почвы, содержание тяжелых металлов и т.д.), то период деградации рассчитывается по формуле:
Td= (х0 -Xmin)*∆T/ x0-x1, лет
1)5,2/4,0=1,3 - 1-ая степень деградации
2)Xmin =5,2/2=2,6
)Td= (5,2-2,6)*12/5,2-4,0=26 лет
Физическая деградация почвы составит 4^26, то есть при сохранении данной тенденции через 24 года почва достигнет 4-ого балла деградации.
К2О, Р2О5
Td= (х0 -Xmin)*∆T/ x0-x1, лет
1)200/100=2 - 2-ая степень деградации
2)Xmin =200/5=40
3)Td=(200-40)*12/200-100=19,2 года
При сохранении данной тенденции через 19,2 лет почва достигнет 4-ого балла деградации.
Р2О5
1)250/100=2,5 - 3-я степень деградации
2)Xmin =250/5=50
4)Td=(250-50)*12/250-100=16 лет