WWW.DISSERS.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА

   Добро пожаловать!


Pages:     || 2 | 3 |
МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ РФ БЕЛГОРОДСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ РОССИЙСКАЯ АКАДЕМИЯ СЕЛЬСКОХОЗЯЙСТВЕННЫХ НАУК БЕЛГОРОДСКИЙ НАУЧНО-ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ ИНСТИТУТ СЕЛЬСКОГО ХОЗЯЙСТВА Ф.Н. Лисецкий, С.В. Лукин, Л.В. Марциневская ЭКОЛОГИЧЕСКИЕ ПРОБЛЕМЫ В СЕЛЬСКОМ ХОЗЯЙСТВЕ Методические указания для лабораторных работ по курсу «Агроэкология» Белгород 2002 СОДЕРЖАНИЕ Лабораторная работа № 1. Энергетическая оценка эффективности агроэкосистем……………………………………………………………………….

Лабораторная работа № 2. Расчет баланса кадмия в почве………………… Лабораторная работа № 3. Определение суммарного показателя загрязнения почв тяжелыми металлами………………………………………..

Лабораторная работа № 4. Определение токсичности почвы………………..

Лабораторная работа № 5. Определение нитратов в растительной продукции…………………………………………………………………………….

Лабораторная работа № 6. Расчет основных радиологических экспонентов Лабораторная работа № 7. Определение потерь гумуса и биогенных элементов в результате поверхностного смыва почвы………………………..

Лабораторная работа № 8. Расчет баланса органического вещества в почве………………………………………………………………………………….

Лабораторная работа № 9. Оптимизация применения удобрений в агроценозах………………………………………………………………………… Лабораторная работа № 10. Эколого-экономическая эффективность ландшафтных систем земледелия……………………………………………… ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА №1 ЭНЕРГЕТИЧЕСКАЯ ОЦЕНКА ЭФФЕКТИВНОСТИ АГРОЭКОСИСТЕМ Одно из основных отличий природных экосистем от сельскохозяйственных (агроэкосистем) заключается в том, что последние в процессе своего функционирования получают дополнительную энергию в виде использованного топлива, удобрений, пестицидов, работы машин и т. д. Для объективной оценки эффективности современных агроэкосистем применяется энергетический анализ, который построен на учете соотношения энергии, полученной и затраченной в процессе функционирования агроэкосистемы. Снижение энергозатрат на производство единицы продукции в настоящее время является основной задачей, стоящей в сельском хозяйстве (Володин и др. 1999).

Порядок выполнения работы 1. Рассчитайте энергию, аккумулированную в надземной фитомассе сельскохозяйственных культур зернопропашного и зернотравяного севооборотов, и среднюю величину аккумулированной энергии для каждого севооборота (табл.1). Полученные данные занесите в таблицу № 3.

За цикл вегетации энергия общей надземной фитомассы (Ефn) представлена суммой энергии, заключенной в основной продукции (Еоф) и побочной продукции (Епф) сельскохозяйственной культуры:

Ефn = Еоф + Епф.

Энергию, заключенную в основной продукции, находят по формуле:

Еоф = 1000 УоСоQо, где 1000 – коэффициент для перевода урожайности из т/га в кг/га; Уо – урожайность основной продукции, т/га; Со – коэффициент пересчета на содержание сухого вещества в основной продукции, доли единицы; Qо – энергосодержание основной продукции, МДж/кг.

Энергию, заключенную в побочной продукции, находят по формуле:

Епф = 1000 УпСпQп, где 1000 – коэффициент для перевода урожайности из т/га в кг/га; Уп – урожайность побочной продукции, т/га; Сп – коэффициент пересчета на содержание сухого вещества в побочной продукции, доли единицы; Qп – энергосодержание побочной продукции, МДж/кг.

Средняя величина аккумулированной энергии для севооборота (Еф) рассчитывается по формуле:

Еф1 + Еф2 + … + Ефn Еф = -------------------------------, n где n – число культур севооборота.

Таблица Урожайность, коэффициенты пересчета на сухое вещество, энергосодержание основной и побочной продукции сельскохозяйственных культур Основная продукция Побочная продукция Сельско- Урожай- Коэф. Энерго- Урожай- Коэф. Энерг.

№ хозяйственная ность перес- содерж. ность перес- сод.

п/п культура чета чета (Уо), (Qо), (Уп), (Qп), т/га (Со) МДж/кг т/га (Сп) МДж/ кг Зернопропашной севооборот (крутизна склона 0-30) 1. Ячмень 4,0 0,86 19,13 4,8 0,84 17,2. Кукуруза на си- лос 30,0 0,18 16,35 – – – 3. Горох 2,5 0,86 19,79 3,8 0,84 17,4. Озимая пшеница 3,5 0,86 19,13 5,3 0,84 17,5. Сахарная свекла 40,0 0,25 18,36 40,0 0,18 16,Зернотравяной севооборот (крутизна склона 3-50) 1. Ячмень 3,5 0,86 19,13 4,2 0,84 17,2. Люцерна (сено) 5,0 0,85 21,83 – – – 3. Люцерна (сено) 4,5 0,85 21,83 – – – 4. Озимая пшеница 4,0 0,86 19,13 6,0 0,84 17,5. Горох 3,0 0,86 19,79 4,5 0,84 17,2. Используя данные таблицы 2, рассчитайте антропогенную энергию, затраченную на возделывание сельскохозяйственных культур в агроэкосистемах, и среднюю антропогенную энергию, затраченную на возделывание культур в каждом севообороте.

Антропогенная энергия, затраченная на возделывание сельскохозяйственной культуры в агроэкосистеме (Еаn), представляет собой сумму энергии овеществленных затрат (Аn) и прямых и косвенных затрат (Бn):

Еаn = Аn + Бn.

Овеществленные затраты состоят из энергии удобрений (Еу), пестицидов (Ея) и семян (Ес):

Аn = Еу + Ея + Ес.

Энергосодержание минеральных удобрений определяют по формуле:

Еу = 86,8N + 13,8P + 8,8K, где 86,8; 13,8; 8,8 – энергетические эквиваленты, соответственно: для азотных, фосфорных и калийных удобрений, МДж/кг; N, P, K – соответственно дозы азотных, фосфорных и калийных удобрений, кг/га.

Энергия, содержащаяся в пестицидах, определяется по формуле:

Ея = DпQя, где Dп – доза пестицида, кг/га; Qя – энергосодержание пестицидов, МДж/кг.

Энергосодержание гербицида 2,4Д составляет 105,6 МДж/кг, гербицида эптам – 314,9 МДж/кг.



Энергия, содержащаяся в семенах, определяется по формуле:

Ес = NсQо, где Nc – норма высева семян, кг/га; Qо – энергосодержание семян, МДж/кг.

Энергосодержание семян пшеницы и ячменя составляет 19,13, гороха – 19,79, кукурузы – 18,35, люцерны –19,7, свеклы – 18,4 МДж/кг.

Прямые (топливо, электроэнергия, затраты живого труда) и косвенные (энергоемкость энергетических средств: тракторов, комбайнов и т. д.) затраты определяют по таблице 2.

Средняя антропогенная энергия на возделывание сельскохозяйственных культур в севообороте рассчитывается по формуле:

Еа1 + Еа2 + … + Еаn Еа = -----------------------------, n где n – число культур севооборота.

Таблица Норма высева семян, дозы минеральных удобрений и гербицидов, прямые и косвенные затраты антропогенной энергии Норма Дозы минер. удобрений, Дозы Прямые и Сельско- высева кг/га действ. вещества пести- косвенные Калий- № хозяйственная семян цидов затраты ные, п/п культура (Б), Азотные, Фосфор- (Nс), (Dп), (K) (N) ные, (P) МДж/га кг/га кг/га Зернопропашной севооборот (крутизна склона 0-30) 2,4Д 1. Ячмень 220 60 60 60 2 кг/га 2. Кукуруза на си- 2,4Д лос 30 80 80 80 2 кг/га 3. Горох 300 – 50 50 – 2,4Д 4. Озимая пшени- 250 90 70 70 2 кг/га ца Эптам 5. Сахарная свекла 5 100 100 100 5 кг/га Зернотравяной севооборот (крутизна склона 3-50) 1. Ячмень с лю- 200 50 200 200 – церной 2. Люцерна 1 г. – – – – – (сено) 3. Люцерна 2 г. – – – – – (сено) 2,4Д 4. Озимая пшеница 250 70 70 70 2 кг/га 5. Горох 300 – – – – 3. Проведите энергетическую оценку эффективности технологий, используемых при возделывании сельскохозяйственных культур, по формуле:

Ефn Rn = ---------, Еаn где Rn – энергетическая эффективность сельскохозяйственной технологии.

Проведите энергетическую оценку эффективности функционирования зернопропашного и зернотравяного севооборотов по формуле:

Еф R = -------.

Еа Величины Еф и Еа были рассчитаны при выполнении заданий 1 и 2 данной работы.

Энергетическая эффективность агроэкосистемы (R), показывает во сколько раз энергия, содержащаяся в урожае сельскохозяйственных культур, больше энергии, вложенной в процесс их возделывания. Чем выше величина R, тем энергетически более эффективной считается агроэкосистема.

Контрольные вопросы:

1. Используя предметный указатель в конце учебника «Агроэкология» под ред. В.А. Черникова, 2000 г. и агроэкологический словарь, ознакомьтесь со следующими терминами: агроэкология, агроландшафт, антропогенная энергия, круговорот веществ, основная продукция, побочная продукция, период вегетации, пестициды, урожайность, эффективность.

2. В чем сущность энергетического подхода к анализу эффективности агроэкосистем 3. Технология возделывания какой культуры является энергетически более выгодной и энергетически менее выгодной 4. Функционирование какого севооборота является энергетически более выгодным 5. Чем характеризуется круговорот веществ и поток энергии в агроландшафтах и естественных фитоценозах Таблица Основные параметры биоэнергетической оценки эффективности агроэкосистем № Сельскохозяйственная п/п культура Еоф Епф Ефn Еу Ея Ес Аn Еаn R Зернопропашной севооборот (крутизна склона 0-30) 1. Ячмень 2. Кукуруза на силос 3. Горох 4. Озимая пшеница 5. Сахарная свекла В среднем Зернотравяной севооборот (крутизна склона 3-50) 1. Ячмень 2. Люцерна 1 г. (сено) 3. Люцерна 2 г. (сено) 4. Озимая пшеница 5. Горох В среднем ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № РАСЧЕТ БАЛАНСА КАДМИЯ В ПОЧВЕ Загрязнение почв тяжелыми металлами (ТМ) является одним из видов антропогенной деградации почв. Среди ТМ самым опасным и вероятным загрязнителем окружающей среды является кадмий (Cd). Согласно принятой в настоящее время шкалы эколого-токсикологического нормирования, в России о 183 тыс. га пашни загрязнены этим элементом (Кузнецов, 1997). В Белгородской области выявлено 11,8 тыс. га пахотных почв, где валовое содержание этого токсиканта превышает установленный уровень ориентировочнодопустимой концентрации (ОДК) (Авраменко, Лукин, 2001).

Порядок выполнения работы 1. Используя данные таблицы №1, определите вынос кадмия с урожаем каждой сельскохозяйственной культуры (Bn) и в сумме за ротацию севооборота (B) по формулам:

Bn=1000(YoCoSo+YnCnSn), B=B1+B2+…Bn, где 1000 – перевод из т/га в кг/га; Yo и Yn – урожайность основной и побочной продукции, т/га; Co и Cn – коэффициенты пересчета основной и побочной продукции на сухое вещество, доли единицы; So и Sn – содержание кадмия в основной и побочной продукции, мг/кг; В1- вынос кадмия с урожаем первой культуры севооборота.

2. Рассчитайте поступление кадмия в почву при внесении удобрений под каждую сельскохозяйственную культуру (Пn) и в сумме за ротацию севооборота (П):

Пn=NnKn+PnKp+KnKk+ОnKo, где Nn, Pn, Kn, Оn - соответственно: дозы азотных, фосфорных, калийных и органических удобрений, применяемых под сельскохозяйственную культуру, кг/га; Kn, Kp, Kk, Ko – соответственно: содержание кадмия в азотных удобрениях 0,2 мг/кг, фосфорных - 1,4 мг/кг, калийных -0,3 мг/кг и органических удобрениях - 0,55 мг/кг (Овчаренко,1997; Кабата-Пендиас, Пендиас, 1989).

3. Рассчитайте баланс кадмия под каждой сельскохозяйственной культурой (Bn) и в целом за ротацию севооборота (Б):

Бn=Пn-Bn, Б=П-В Таблица Данные для расчета выноса кадмия с урожаем сельскохозяйственных культур Основная продукция Побочная продукция № СельскохоУрожай Коэф. Содерж Урожай Коэф. Содерж п/п зяйственная ность перес. Cd, ность перес. Cd, Культура (Yо), (Со) мг/кг (Yn), (Сn) мг/кг т/га сух.в. т/га сух.в.





1. Ячмень 4,0 0,86 0,06 4,8 0,84 0, Кукуруза на 2. Силос 30,0 0,18 0,15 – – – 3. Горох 2,5 0,86 0,10 3,8 0,84 0,4. Озимая пше- 3,5 0,86 0,08 5,3 0,84 0,ница 5. Сахарная 40,0 0,25 0,28 40,0 0,18 1,свекла Таблица Дозы минеральных и органических удобрений Органические № Сельскохо- Минеральные удобрения, кг/га д.в. удобрения, п/п зяйственная Азотные Фосфорные Калийные т/га Культура (О) (N) (Р) (К) 1. Ячмень 60 60 60 – Кукуруза на 2. Силос 80 80 80 – 3. Горох – 50 50 – 4. Оз. Пшеница 90 70 70 – 5. Сах. Свекла 90 90 90 Контрольные вопросы 1. Использую литературу, указанную в лабораторной работе № 1, ознакомьтесь со следующими терминами и понятиями: аккумуляция тяжелых металлов, деградация почв, загрязнение окружающей среды, ОДК, ПДК, персистентность тяжелых металлов, ротация, тяжелые металлы.

2. С какими удобрениями в почву поступает наибольшее количество кадмия 3. Какая сельскохозяйственная культура характеризуется наибольшим выносом кадмия 4. Происходит ли при использовании удобрений накопление кадмия в почве ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА №ОПРЕДЕЛЕНИЕ СУММАРНОГО ПОКАЗАТЕЛЯ ЗАГРЯЗНЕНИЯ ПОЧВ ТЯЖЕЛЫМИ МЕТАЛЛАМИ Одним из основных источников поступления ТМ в почву является автотранспорт. В результате автомобильной эмиссии происходит загрязнение придорожных экосистем. Как правило, это загрязнение носит полиэлементный характер. При загрязнении почвы несколькими ТМ степень загрязнения оценивается по величине суммарного показателя загрязнения.

Порядок выполнения работы 1. Используя данные таблицы №1, рассчитайте суммарный показатель загрязнения почвы (Zc) на разном расстоянии от автотрассы по формуле:

n Zc = KCI – (n-1), i=где n – число определенных ингредиентов; К – коэффициент концентрации металла, равный частному от деления массовой доли i-го элемента в загрязненной и фоновой почвах.

Полученные данные занесите в таблицу №2.

1. Рассчитайте скорость накопления Cd, Pb, Zn в пахотном горизонте почвы в зависимости от расстояния до автотрассы:

Сnз - Сnф Vn = -----------------, t где Vn – скорость накопления ТМ, мг/кг в год; Сnф – фоновое содержание ТМ в почве, мг/кг; Cnз – содержание ТМ в загрязненной почве, мг/кг; t – период времени, в течение которого происходило загрязнение почвы (принять равным 30 годам).

2. Рассчитайте, через сколько лет (при постоянной скорости накопления ТМ в почве) содержание ТМ в почве придорожной экосистеме достигнет уровня ОДК:

Содк - Cnз Т = -----------------------, Vn где Содк – ориентировочно допустимая концентрация (ОДК) ТМ в почве, мг/кг; Т – время достижения ОДК ТМ в почве.

Полученные данные занесите в таблицу № 3.

Таблица Содержание тяжелых металлов в почве придорожной экосистемы, мг/кг Расстояние от трассы, Cd Pb Zn Cu Ni Co Cr м 1,23 22,0 44,9 19,8 44,9 13,8 22,10 1,15 20,6 44,3 18,8 43,3 13,3 22,15 1,15 19,9 43,6 18,8 43,3 12,8 20,20 1,00 19,3 43,5 17,8 43,3 12,8 20,30 0,70 13,5 42,8 17,8 41,6 12,8 20,40 0,70 13,5 39,9 17,3 41,6 12,3 17,60-фон 0,45 13,5 39,0 17,3 41,6 11,3 17,ОДК 2,00 130 220 132 80 Не уста- новлен Контрольные вопросы 1. Использую литературу, указанную в лабораторной работе № 1, ознакомьтесь со следующими терминами и понятиями: аэрозоли, буферность почвы, фоновое содержание тяжелых металлов, экосистемы.

2. Охарактеризуйте закономерности загрязнения почвы ТМ в придорожной экосистеме Загрязнение каким ТМ представляет наибольшую опасность для придорожной экосистемы 3. Используя результаты, полученные в работе, сформулируйте рекомендации по использованию земель в зоне влияния автотранспорта.

Таблица Коэффициенты концентрации ТМ в почве и суммарный показатель загрязнения Расстояние Коэффициенты концентрации (Кс) от трассы, Zc м Cd Pb Zn Cu Ni Co Cr Таблица Время достижения ОДК ТМ в почве, годы Расстояние Время достижения ОДК ТМ в почве (Т) от трассы, м Cd Pb Zn Cu Ni Cr ЛАБОРОТОРНАЯ РАБОТА № ОПРЕДЕЛЕНИЕ ТОКСИЧНОСТИ ПОЧВЫ В настоящее время для контроля загрязнения окружающей среды используется ряд инструментальных и биологических методов анализа. Биологические методы более объективно отражают экологическое состояние системы, в частности самоочищающуюся способность почвы, её реакцию на тот или иной раздражитель. Биологический метод высокоэффективен при определении общей фитотоксичности почвы. Он прост в исполнении, оперативен и позволяет быстро определить суммарную фитотоксичность почвы. Принцип метода биоиндикации основан на зависимости между дозой токсиканта и эффектом его действия на тест-объект. Основным требованием к тест-объекту является высокая чувствительность к определенному токсиканту или продуктам его распада (Черников и др., 1995).

Порядок выполнения работы Средний образец составляют из 20 проб свежей почвы с каждого варианта опыта, тщательно перемешивают и очищают от остатков корней растений, 100 г почвы вносят в 250-миллилитровую колбу со 100 мл стерильной водопроводной воды (1:1). Колбу закрывают стерильной резиновой пробкой и взбалтывают в течение 2,5 часов при 60 колебаниях в 1 минуту. Затем почвенную вытяжку фильтруют через складчатый фильтр в химически чистые колбы. Предварительно отбирают семена редиса, близкие по величине и цвету (обычно репродукция имеет семена двух видов – с более светлой и темной оболочкой):

Pages:     || 2 | 3 |










© 2011 www.dissers.ru - «Бесплатная электронная библиотека»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.