Экосистемная структура ландшафтного растениеводства

Величина поглощения солнечной энергии расте­ниями и перевод ее в химическую форму определяют ин­формационную специфику потенциала ландшафта, его не­равновесность и уровень отрицательных обратных поли­связей или степень саморегулирования. Оптимально экосистемно структурированный ландшафт активизирует накопление и перевод солнечной энергии в химическую действенную форму. Поэтому ландшафт — энерговоспро-изводящая и энергосодержащая система.

В ландшафтах происходит сложный комплексный взаимообмен энергией и информацией между экосисте­мами преимущественно на биохимическом, биофизиче­ском и биоэнергетическом уровнях. В этой связи необхо­димо повышение синергизма указанных процессов — взаимного направления саморегулирования и стабилиза-

ции ландшафтов, а также составление динамичных балан­сов перемещения энергии и вещества (массоэнергообме-на), поступающих в ландшафт и уходящих из него. В этом случае для формирования устойчивых экосистем (агро-экосистем) необходима территориальная структуризация составных компонентов ландшафта на эколого-ландшафтной основе.

Экология ландшафта, обосновывающая его струк­туру и особенности функционирования экосистем (агро-экосистем) в конкретных условиях при антропогенных воз­действиях, является теоретической основой обеспечения устойчивости экосистем, стабилизации баланса веществ и биоэнергии.

По нашему определению, ландшафт — биоэнерго-информационная система, уровень сложности или органи­зации материи которой определяется «давлением жизни».

Ландшафт, несомненно, единая, прежде всего, био­логическая система, это «вещество, охваченное жизнью», с необходимой организацией, динамичным единством зави­симости и обусловленности составляющих компонентов (экосистем). Заметим, что между входящими в ландшафт экосистемами должно быть динамичное, биоэнергетиче­ское равновесие.

В.В. Докучаев писал о том, что в обосновании и классификации ландшафтов преобладают геологический и геохимический подходы, а необходим биологический.

В связи с гетерогенностью и неравновесностью ланд­шафты богаты информацией, что связано с дифференциа­цией плодородия почвы по горизонтам и площади, мозаич-ностью мехсостава, динамикой влажности почвы и содер­жания в ней питательных веществ, неоднородностью ценозов и агроценозов, различиями в этапах органогенеза и времени их прохождения, разновременностью созрева­ния растений и др.

293

Для адекватной оценки биоэнергетических свойств ландшафтных систем во многих случаях, по мнению ученых, возможно применение термодинамики необратимых процес­сов. Полагаем, что это приемлемо и для характеристики эко­систем, ландшафтных ячеек и, конечно, агроэкосистем.

В отличие от классической термодинамики, в тер­модинамике необратимых процессов рассматривается те­чение процессов во времени.

Нами обозначены возможные процессы, потоки, ин­тенсивность и направление потоков при взаимодействии экосистем (пашни, луга, леса, озера, лесополосы, пастби­ща, поселка, шахты, аэропорта, железной дороги и др.).

Считаем, что одно из возможных направлений оп­ределения оптимальных динамичных стабилизационных и синергизируемых взаимодействий экосистем — это ис­пользование термодинамики необратимых процессов и компьютерных программ.

Техногенная направленность растениеводства Украи­ны привела к тому, что площадь пашни достигла 58,5% пло­щади суши, а в отдельных районах и хозяйствах — даже бо­лее 90%). Это наиболее высокий показатель в мире. В Европе на пашню приходится 25,9 % (причем по прогнозу или про­екту площадь пашни в странах Европы к 2030 г. сократится на 20-50% за счет совершенствования агротехнологий), Се­верной Америке — 12,2 %, в том числе США — 19,4 %:; Южной Америке — 5,1; Азии — 15,9 % и Африке — 5,5 %.

Высокая распаханность земель, низкая облесен-ность в Степной зоне недостаточная обводненность терри­тории, неухоженность сенокосов и пастбищ и др., оказы­вают дестабилизирующее воздействие на агроценозы.

Поэтому последовательно необходимо переходить к консервации части пашни, прежде всего подверженной эрозии, а также, при необходимости и возможности, к за-лужению, облесению, обводнению территории и т.д.

Для усиления биоэнергетического потенциала Украи­ны, стабильного получения высоких урожаев площадь пашни с учетом биологических и других показателей, а также ландшафтной организации территории должна составлять 25-30 % общей площади суши, или примерно 15-17 млн.га.

Создание условий для поддержания стабильной, об­ладающей высокими саморегулирующими свойствами, эколого-ландшафтной пространственной структуры с оп­тимальным соотношением пашни, лугов, леса, древесно-кустарниковых насаждений, урбанизированных террито­рий и др. — определяющая проблема ландшафтной органи­зации территории при внедрении ландшафтного растение­водства. Более того, в эколого-ландшафтной пространст­венной структуре обязательно должны быть обозначены следующие степени экологического равновесия и сбалан­сированности: ландшафтных ячеек, ассоциаций, провин­ций и типов, или четыре степени (уровня) ландшафтной стабилизации. При этом биологическая стабилизация ланд­шафтных типов должна включать не только внутритипо-вую, но и межтиповую. По предварительным расчетам в Украине возможно обозначение 10 ландшафтных типов и 720-750 ландшафтных ячеек, выделены ландшафтные ас­социации и провинции. С ландшафтными типами должно увязываться количество и площади заповедников, заказни­ков, строительство новых водохранилищ, крупных про­мышленных предприятий и др.

Согласно расчетам биологов оптимальное природ­ное равновесие достигается при сохранении примерно 50% естественных экосистем. По данным Н.Т. Масюка (1998 г.) на территории Днепропетровской области практически не сохранились природные экосистемы, за исключением за­поведных территорий и лесных массивов. Площадь антро­погенно преобразованных экосистем достигла 96%. В свя-

295

(и с этим считаем, что на стабилизацию эколого-ландшафтной пространственной структуры в местных ус­ловиях работает лишь 8-10% биоэнергии от возможного оптимального естественного ландшафтного биоэнергети­ческого потенциала области.

Биоэнергетический потенциал, состав или структура агроценозов ландшафтной ячейки будут определяться их морфолого-биологическими особенностями, экологиче­ской емкостью и площадью соответствующих уровней биоэдафоконтурно корреляционной организационно-техно­логической агросистемы.

Необходимо определение параметров динамичной стабилизирующей биоэнергетики различных экосистем эколого-ландшафтной пространственной структуры. Эко-системная структура ландшафтной ячейки, площади со­ставляющих экосистем будут дифференцироваться в зави­симости от специфики ландшафтной ячейки (сельская, го­родская, промышленная и др.).

Уточнение площадей агроэкологических зон, под­зон и провинций имеет научное и прикладное значение. При этом обязательны не только хозяйственный, но и био­энергетический учет процессов взаимодействия структу­рированных экосистем. Важное значение имеет структур­ное обоснование ландшафтного растениеводства.

Ландшафтизация — это отход от универсального растениеводства, переход от общего к частному, от ниве­лирования к агроэкологической дифференциации.

Соотношение посевных площадей сельскохозяйст­венных культур (агроценозов), или структура посевных площадей, должна рассматриваться как единый биоэнерге­тический комплекс экосистем.

Для повышения стабилизационных биоэнергетиче­ских процессов необходимо внедрение в производство на-учнообоснованной биоэдафоконтурно-корелляционной ор-

ганизационно-технологической агросистемы (агроэкоцено-за).

Введение криволинейной планировки полей и уго­дий, в соответствии с естественным рисунком ландшафт­ных контуров, а на плакоре — с учетом почвенных вариа­ций, позволит рационализировать землепользование.

Мозаичный почвенный фон современных полей не позволяет акцентированно дифференцировать операцион­ный технологический комплекс при возделывании агроце­нозов, что приводит к снижению их продуктивности.

Ландшафтное растениеводство должно быть почво-водоохранным, базирующимся на специфических ланд­шафтных законах, при оптимизации структуры экосистем и агроэкосистем, их размещения, что в настоящее время практически не учитывается, а также обозначении границ составляющих площадей различного уровня эколого-ландшафтной пространственной структуры.

При ландшафтизации (биологизации) растениевод­ства возрастает актуальность проблемы агроэнергетики, более полного использования естественных энергоресур­сов (почвы, солнечной радиации, потенциальных возмож­ностей агроценозов и др.), разработки интегрированных программ повышения урожайности видов, сортов и гибри­дов растений.

Важное значение для стабилизации эколого-ландшафтной пространственной структуры имеет обозна­чение агроценозных провинций, которые могут быть госу­дарственного, зонального, подзонального и областного значения.

Биологически, экономически и экологически обос­нованная площадь пашни для Украины, как отмечалось, 15-17 млн. га, что составляет 26-29% к площади суши.

Экосистемная структура ландшафтной ячейки, площади составляющих ее экосистем будут дифференци-

297

роваться в зависимости от специфики ландшафтной ячейки (сельская, городская, промышленная и др.). Полагаем, что с помощью компьютеров возможно обозначение динамич­ных параметров биоэнергетики экологической стабильно­сти ландшафтных ячеек и составляющих их экосистем, в т.ч. агроэкосистем, процессов их взаимодействия.

Возможно генерирование проектов эколого-ландшафтной пространственной структуры, соответст­вующих различному набору входных условий, при высо­кой мобильности программно реализуемых моделей и от­носительной легкости их перенастройки.

Большое значение приобретает изучение природного биоэнергетического потенциала и стабилизационных воз­можностей ландшафтных ячеек, оптимизации их структуры, степени устойчивости к антропогенному воздействию для учета в проектных работах. Отсутствие этого приводит к нарушению эколого-ландшафтного равновесия и, как след­ствие, — к снижению продуктивности растениеводства.

По специфике связей, их форме ландшафт значи­тельно уступает организмам, кристаллам и др. Ему присуща более слабая интеграция. Обычно в общей теории систем различают связи прямые и обратные, а среди обратных — положительные и отрицательные. Отрицательная обратная связь ослабляет процесс и способствует восстановлению исходного состояния. Особо значительна роль механизма отрицательной обратной связи при стабилизации экосистем ландшафтной ячейки агроценозов. Поэтому необходимо изучить и обосновать имеющиеся отрицательные обратные полиэнергетические связи между экосистемами эколого-ландшафтной пространственной структуры.

Способность ландшафтов возвращаться к прежнему состоянию свидетельствует об их устойчивости.

Ландшафты — саморегулирующие, организован­ные, энергетические системы, стремящиеся к поддер-

жанию стабильного состояния. Поэтому для усиления процессов саморегулирования необходимо структури­рование ландшафтов.

Нами предложена общая эколого-ландшафтная пространственная структура Украины, представляющая собой комплексное образование, основой которого яв­ляются ландшафтные ячейки.

В государственной эколого-ландшафтной про­странственной структуре обозначены четыре уровня экологического равновесия и сбалансированности ланд­шафтных ячеек, ассоциаций, провинций и типов. Имен­но это все предполагает обязательное составление карт с количественным и качественным обозначением за­грязнения почв тяжелыми металлами и другими вред­ными материалами, загрязнения воды и воздуха в пре­делах ландшафтных ячеек.

Необходима динамичная тарификация (обозначе­ние) участия энергии той или иной экосистемы в стаби­лизации, жизнедеятельности ландшафтной ячейки эко­лого-ландшафтной пространственной структуры, науч­ное обоснование способов ее усиления.

Эколого-ландшафтная пространственная струк­тура — основа агромониторинга, выделения (по­строения) и создания структурно-однородных сбалан­сированных природных и антропогенных образований, макрорайонирования сельскохозяйственных и других растений и т.д.

Площади ландшафтных ячеек в зависимости от зон, количества и качества экосистем, их составляю­щих, будут различны. Оптимальная площадь таких яче­ек на мозаичном фоне будет меньше, чем на однород­ном и плакорном. Устойчивость ландшафтной ячейки на разнокачественном, облесенном и обводненном фо­не, при пересеченном рельефе, наличии склонов раз-

личной крутизны и экспозиции будет выше, что объяс­няется более интенсивным обменом энергией.

Экосистемы (комплекс или сумма их площадей) должны характеризоваться такими признаками, как динамичное энергетическое воздействие на окружаю­щую среду; векторность действия (положительного или отрицательного); сопряженность действия или специфика вхождения в биоэнергетический механизм ландшафтного комплекса; пространственность (пло­щадь) действия (прямого или косвенного). Это необ­ходимо для расчетов оптимальной площади ландшафт­ной ячейки.

Гетерогенность и вариабельность, количествен­ный и качественный состав экосистем, входящих в ландшафтную ячейку — необходимое условие уско­рения стабилизации.

Ландшафтное растениеводство должно также ха­рактеризоваться определенными биоэнергетическими объемами агроценозов и уровнем экономической эф­фективности с учетом «экономических порогов».

Ландшафт стимулирует накопление и перевод солнечной энергии в химическую действенную форму. В ландшафтах происходит сложный, комплексный взаимообмен энергией и информацией между экоси­стемами преимущественно на биохимическом, биофи­зическом и биоэнергетическом уровнях. Поэтому оп­тимизация синергизма этих процессов — энергетиче­ская основа экосистем и саморегулирования ландшафтов.

Растениеводство Украины должно быть опти­мальным, составным, динамичным компонентом эколо-го-ландшафтной пространственной структуры и спо­собствовать повышению ее устойчивости и биоэнерге­тического потенциала саморегулирования:

Растениеводство Украины

т

Растениеводство ландшафтного типа

т

Растениеводство ландшафтной провинции

т

Растениеводство ландшафтной ассоциации

Растениеводство ландшафтной ячейки

Это, в частности, обосновывается тем, что ланд­шафтные ячейки, ассоциации, провинции и типы увязыва­ются с конкретными экологическими условиями, опреде­ленными вариациями почв. Соотношение площадей сель­скохозяйственных культур (агроценозов) или структура посевных площадей должны рассматриваться как ком­плекс экосистем при обязательном учете биоэнергетиче­ского потенциала агроценозов кукурузы, ярового ячменя, озимой пшеницы и др.

Важно составление динамичных балансов кругово­рота энергии и веществ (массоэнергообмена), поступаю­щих в ландшафт и уходящих из него. В то же время необ­ходимо помнить, что ландшафт — это ресурсосодержащая и ресурсовоспроизводящая система.

Известно, что ландшафт — открытая система, и не­обходимо составление балансов вертикального и горизон­тального обмена веществ и энергии (массоэнергообмена) по сезонам: весной, летом и осенью, с учетом определяю­щего значения фотосинтеза.

Основными компонентами ландшафтного растение­водства являются:

— эколого-ландшафтная пространственная структура;

301

• ландшафтная организация территории, вклю­чающая экосистемную (пашня, лес, пастбища и др.), пла-корно-полевую и контурно-мелиоративную;

— ландшафтное (биологическое), вместо техноло­гического, землеустройство;

— обозначенные агроценозные провинции;

— модель ландшафтного растениеводства;

 

— биоэдафоконтурно корреляционная организаци­онно-технологическая агросистема;

— научные основы ландшафтных агротехнологий.