Типы реакции агрофитоценоза на антропогенные воздействия

Агрофитоценоз относится к числу важнейших компонентов агроэкосистемы, а его продуктивность в наибольшей мере характеризует устойчивость и ста­бильность экосистемы, находящейся в сельскохозяйственном использовании. В отличие от природной экосистемы, где продуктивность фитоценоза регули­руется внутренними механизмами, про­дукционный процесс в агроэкосистеме требует постоянного контроля и управ­ления в виде разнообразных форм аг­рарной деятельности человека. Поэтому растения в ходе онтогенеза испытывают интенсивные прямые или трансформи­рованные антропогенные воздействия, которые не всегда приводят к увеличе­нию урожайности.

Поддержание в течение определен­ного промежутка времени заданного уровня урожайности как показателя стабильности агроэкосистемы может быть не достигнуто из-за экстремаль­ных метеоусловий, загрязненности ат­мосферного воздуха, выпадения кис­лотных осадков, неблагоприятных свойств и режимов почвы, ее загрязне­ния, стрессовой реакции почвенных микроорганизмов на антропогенные нагрузки и возникновения почвенной токсичности, почвоутомления, возде­лывания сортов некоторых культур, ма­лоустойчивых к болезням, вредителям и сорным растениям, адаптации после­дних к пестицидам, неодинаковой реак­ции видов и сортов растений на возрас­тающие дозы агрохимикатов, которые оказывают полифункциональное влия­ние на растения, выступая в зависимос­ти от концентрации стимулятором или ингибитором физиологических процес­сов, и других причин.

По характеру действия фактор может быть лимитирующим, нормальным, оп­тимальным и угнетающим. Реакция ра­стений на каждый природный или антропогенный фактор подчиняется извес­тной криволинейной зависимости, ха­рактерной для всех биологических сис­тем, в пределах которой проявляется несколько характерных зон, соответ­ствующих типу реакции растений. Каждая зона соответствует определенному типу реакции. На осно­ве анализа закономерности изменений продуктивности растений в широком интервале доз азотных удобрений мож­но выделить три типа (нормы) реакции растений на количество внесенного азо­та, проявляющиеся в изменении про­дуктивности и характера обмена ве­ществ: кинетический (А), физиологи­ческий (Б) и метаболический (В). Пер­вый тип реакции (А) характерен при лимитирующем и нормальном обеспе­чении растений азотом, второй (Б) — при нормальном и оптимальном и тре­тий (В) — при избыточном (угнетаю­щем).

В кинетической зоне растения ак­тивно реагируют на увеличение концен­трации азота, усиливаются ростовые процессы, дыхание, синтез белковых соединений, повышается продуктив­ность в линейной зависимости от доз применяемых удобрений.

Физиологические изменения расти­тельного организма в пределах этой зоны достигают предпатологических значений, подтверждением чего служит ухудшение многих показателей качества урожая в области максимальных его ве­личин. Известно, что оптимум качества достигается при меньших дозах азота, чем те, которые необходимы для полу­чения наибольшего урожая.

Для зоны с метаболическим типом реакции характерно ограничение росто­вых процессов, в растениях накаплива­ются промежуточные продукты метабо­лизма, значительная часть поглощенно­го азота нитратов не метаболизируется, снижаются скорость образования хло­рофилла и интенсивность фотосинтеза, нарушается обмен углеводов и мине­ральных веществ и, как следствие, сни­жается продуктивность растений. Рас­тения, произрастающие в условиях, вы­зывающих метаболический тип реак­ции, подвержены различным болезням и нападению вредителей, их продукция не отвечает технологическим и гигие­ническим требованиям.

Необходимо отметить, что многие признаки метаболического типа реак­ции свойственны растениям, испытыва­ющим острый дефицит того или иного элемента минерального питания. Сле­довательно, при остродефицитном или избыточном обеспечении растений азо­том создаются предпосылки потери аг-рофитоценозом своей устойчивости, последствия чего могут проявиться в са­мых разнообразных вариантах (массо­вые поражения посевов вредителями и болезнями, ограниченное поступление в почву корневых выделений и расти­тельного опада, получение некондици­онного семенного материала, загрязне­ние водоисточников, деградация почвы и т. д.). Следует отметить, что подобная ситуация может иметь место лишь при многолетнем отсутствии агрономичес­кого контроля за посевами и в принци­пе маловероятна. Поскольку остроде­фицитный или избыточный режим пи­тания растений легкоустраним (напри­мер, внесение минеральных удобрений в первом случае или соломы во втором), а границы проявления метаболической реакции достаточно подвижны и легкосмещаются, в частности, изменением соотношения между азотом, фосфором и калием или использованием различ­ных модификаций внесения удобрений в почву, подобные нарушения устойчи­вости агрофитоценоза в этих условиях являются временными и не ведут к по­тере стабильности агроэкосистемы. Кроме того, для каждого вида и сорта характерны свои пределы нормального, оптимального и избыточного содержа­ния азота в почве, в рамках которых ра­стения развиваются по одному из пере­численных типов реакции на азотное питание.

Таким образом, непременными ус­ловиями сохранения устойчивости и стабильности агроэкосистемы являются оптимизация структуры посевных пло­щадей и дифференцированное разме­щение культур, что позволит ограни­чить негативные эффекты узкой специ­ализации растениеводства. При этом удобрение сельскохозяйственных куль­тур должно обеспечивать кинетический или, в крайнем случае, физиологичес­кий тип реакции растений.

Поиск и разработка экологически безопасных технологий выращивания сельскохозяйственных культур до сих пор актуальны, поскольку они соответ­ствуют принципам рационального при­родопользования. К ним относится, на­пример, технология локального приме­нения азотных удобрений. Она упоря­дочивает превращение азота в корне-обитаемом слое почвы, регулирует по­требление азота удобрений и азота по­чвы растениями в онтогенезе; оказы­вает направленное воздействие на продукционный процесс и формиро­вание урожая с оптимальными показа­телями качества. Аккумуляция азотис­тых соединений в системе почва — растение существенно улучшается, что способствует повышению устойчивос­ти возделываемых культур к неблаго­приятным абиотическим факторам. Согласно технологии локального применения азотные удобрения вносят в почву на глубину 10... 12 см и на рас­стоянии 6...7 см от рядка высеваемых семян, если высев семян и внесение удобрений осуществляют одновременно с помощью комбинированной сеялки. При локальном применении удобрений их вносят в почву в виде уз­кой ленты или экрана на заданную глу­бину. Если же удобрения вносят забла­говременно (перед посевом культуры), то их размещают перпендикулярно бу­дущим рядкам высеваемых семян. При этом расстояния между лентами удобре­ний составляют для зерновых культур 15 см, для пропашных — 30 см.

Благодаря специфике поведения азо­та удобрений, которая складывается при локализации их в почве, растения используют в 1,2... 1,6 раза больше азота, чем при разбросном применении туков. При этом резко снижаются газообразные потери азота (в 1,6...3,2 раза), что придает этой технологии эко­логическую целесообразность.

Что касается агрономической эф­фективности, то при локальном внесе­нии азотных удобрений продуктивность сельскохозяйственных культур на 22...46 % выше, чем при разбросном их применении. Наибольшей эффективно­стью эта технология отличается при возделывании кукурузы и викоовсяной смеси.

Повышению устойчивости растений к биотическим факторам (болезням) способствуют защитно-стимулирующие составы на природной основе, посколь­ку использование химических средств защиты растений привело к значитель­ному загрязнению объектов окружаю­щей среды, что создает реальную угрозу здоровью человека. К таким негатив­ным последствиям не приводит исполь­зование биостимуляторов, созданных на основе природных препаратов, к кото­рым относится культура цианобактерии.