Типы организации агроэкосистем

Естественные экосистемы выполня­ют три основные жизнеобеспечиваю­щие функции (место, средство, усло­вия жизни). Агроэкосистемы в отличие от них формируются для получения максимально возможного количества продукции, служащей первоисточни­ком пищевых, кормовых, лекарствен­ных и сырьевых ресурсов, т. е. функции агроэкосистем в основном ограничива­ются предоставлением средств жизни. В этом главная причина преобладания ресурсоемкого и природоразрушающего типов агросистем. Перспектива же за природосообразными агроэкосистемами. Добиться этого можно лишь при выполнении агроэкосистемами в пол­ной мере функций воспроизводства и сохранения условий жизни. Формиро­вание агроэкосистем должно отвечать главному требованию — они должны быть природоохранными. Последова­тельная реализация экологической функции, поддерживающей благопри­ятные условия среды для человека, органической и неорганической частей агроэкосистемы и сопредельных терри­торий, является столь же важной, как и производство средств жизни.

Пока что традиционно сохраняется разделение единого процесса производства био­продукции на два соподчиненных бло­ка: непосредственно процесс произ­водства и процесс уборки, транспорти­ровки, переработки, хранения и по­требления продукции. На каждой стадии возможно возникновение нега­тивных экологических последствий, что требует специфических охранных мероприятий. Современные агроэкосистемы вклю­чают сложные взаимосвязанные мате­риально, энергетически, экономически и экологически процессы производства биологической продукции. При этом обеспечиваются воспроизводство есте­ственного ресурсного потенциала и эф­фективное использование антропоген­ных субсидий энергии.

Научно обоснованная организация агроэкосистем предусматривает созда­ние рациональной природной и природно-хозяйственной инфраструктуры (дороги, каналы, лесные насаждения, сельскохозяйственные угодья и др.), адекватной особенностям местного лан­дшафта и хозяйственного пользования территорией в целом.

Организация агроэкосистем долж­на быть приближена к контурам при­родных комплексов, что достигается оптимизацией агроландшафта.

Сельскохозяйственное производство подразделяется на растение­водство (его ведущей формой выступает земледелие) и животновод­ство. Растениеводство — отрасль сельского хозяйства, включающая возделывание культурных растений для обеспечения населения про­дуктами питания; животноводство — кормами, многих отраслей про­мышленности — сырьем. Включает полеводство, овощеводство, пло­доводство, виноградорство, луговодство, цветоводство, лесоводство.

Все многообразие систем земледелия можно разделить на два боль­ших класса: химико-техногенный и ландшафтно-адаптивный. В первом классе ведущую роль играет энергоемкость и материалоемкость про­изводства, химизация (минеральные удобрения, пестициды). Во вто­ром ведущая роль принадлежит гибкому планированию в простран­стве и во времени в соответствии с неоднородностью почв, рельефа, ландшафтных условий. Приоритетным является применение биологи­ческих и биоценотических приемов интенсификации, максимальное использование органических отходов, почвоулучшающих компонен­тов севооборотов, разработка систем машин и механизмов с мини­мальным травматическим воздействием на почву; сведение к мини­муму химических влияний на почвы, поверхностные и грунтовые воды.

Эти два класса систем земледелия объединяются в один при осуще­ствлении комплексных мелиорации сельскохозяйственного назначения, базирующихся на концепции программированных урожаев. Ее основные положения были разработаны еще в 70-е годы XX в. И. С. Шатиловым, Б. С. Масловым, Н. С. Петиновым, А. И. Усковым, В. В. Шабановым и др. Базовым понятием выступает «агробиогеоценоз» — антропогенные при­родные системы с блоками контроля, регулирования и управления.

Создание высокопродуктивных соче­таний сельскохозяйственных культур -один из реальных и действенных путей повышения продуктивности и эффек­тивности затрат в агроэкосистемах. Сме­шанные и совместные посевы можно ис­пользовать в агроэкосистемах при высо­ком уровне механизации работ. Сельско­хозяйственные культуры высевают чередующимися полосами или рядами, а также подсевают в междурядья зерно­вых. В районах с умеренным климатом используют различные комбинации культур: горох и сою с овсом и кукуру­зой, сою и фасоль с кукурузой, сою с пшеницей, горох с подсолнечником, рапс с кукурузой. При оптимальном подборе злаковых и бобовых компонен­тов существенно повышаются продук­тивность посевов, выход белка, причем не только за счет зерна бобовых, но и за счет повышения содержания белка в зер­не злаковых, которые используют азот, фиксируемый бобовой культурой.

Многочисленными исследованиями отечественных и зарубежных ученых конкретизированы оптические свойства почти 1500 видов растений (мезофитов, ксерофитов, гигрофитов и суккулентов травянистых, кустарниковых и древес­ных форм) и получена средняя спект­ральная кривая поглощения лучистой энергии. Согласно установленному рас­пределению наименьшее поглощение лучистой энергии «средним» листом (до 20 %) наблюдается в диапазоне длины волн 0,75...1,30 мкм, а наибольшее (70 % и более) —в диапазонах 0,30...0,70; 1,80...2,10 и 2,23...2,50 мкм. Энергетичес­кий баланс экосистем, меняющийся в зависимости от климатической зоны, объективно обусловливает формирова­ние у экосистем приспособленности к «оптимальному» поглощению лучистой энергии, возможному в конкретных ус­ловиях. Адаптированность энергетичес­кого баланса экосистемы, соответствую­щая энергозатратам на теплообмен и транспирацию, повсеместно определяет продукционную эффективность как ес­тественных, так и искусственных ценотических образований.

Энергетические особенности различных природных зон планеты позволяют выделить 5 основ­ных (глобальных) типов агроэкосистем.

Тропический тип характеризуется высокой обеспеченностью теплом, способствующей непрерывной вегетации. Земледелие базируется главным обра­зом на основе функционирования агро­экосистем с преобладанием многолет­них культур (ананасы, бананы, какао, кофе, многолетний хлопчатник и др.). Однолетние культуры дают несколько урожаев в год. К особенностям этого типа агросистем относится потребность в непрерывном вложении антропоген­ной энергии в связи с постоянным в те­чение года проведением полевых работ. Агроэкосистемам этого типа присуща фактически равнозначность естествен­ного и антропогенного процессов массо- и энергообмена.

В агроэкосистемах субтропического типа интенсивность антропогенных по­токов веществ и энергии меньше; про­являются дискретность и дисперсность этих потоков. В основном характерно наличие двух вегетационных перио­дов — летнего и зимнего. Произрастают многолетние растения, которые имеют хорошо выраженный период покоя (ви­ноград, грецкий орех, чай и др.). Одно­летние растения летнего периода пред­ставлены кукурузой, рисом, соей, хлоп­чатником, зеленными и т. д.

Агроэкосистемы умеренного типа характеризуются лишь одним (летним) вегетационным периодом и продолжи­тельным («нерабочим») периодом зим­него покоя. Очень высокая потребность во вложении антропогенной энергии приходится на весну, лето и первую по­ловину осени.

Земледелие в агроэкосистемах поляр­ного типа носит очаговый характер. Агро­экосистемы существенно ограничены тер­риториально и по видам возделываемых культур (листовые овощи, ячмень, некото­рые корнеплоды, ранний картофель).

Агроэкосистемы арктического типа в открытом грунте отсутствуют. Возделы­вание культурных растений исключено из-за очень низких температур теплого периода: в летние месяцы бывают дли­тельные похолодания с отрицательны­ми температурами. Возможно исполь­зование закрытого грунта.

На территории Казахстана главенствую­щими являются агроэкосистемы уме­ренного типа.

Последствия техногенеза. Агроэкологические системы, ставшие неотъемле­мой составной частью современной биотехносферы, испытывают, как и ес­тественные ценозы, постоянные техно­генные воздействия, подвергаются вли­янию различных загрязнений локально­го, регионального и глобального харак­тера. Как отмечалось, загрязнения представляют собой систему помех, на­рушающих процессы массо- и энерго­обмена. В агроэкологических системах это проявляется в изменении количе­ственных и качественных характерис­тик составляющих их природных ком­понентов, снижении устойчивости и па­дении продуктивности возделываемых культур. В результате усложняется (и подчас существенно) достижение целе­вой функции — стабильного производ­ства сельскохозяйственной продукции.

Простейшим примером формирова­ния и последующего проявления техно­генных процессов может служить следующий пример: в районе источника интенсив­ных газопылевых выбросов по степени деградации растительного покрова от­четливо выделяются зоны:

1. с отсутствием растительности или сильным ее угнете­нием (зона «техногенной пустыни»);

2. среднего угнетения;

3. слабого угнетения

4. неповрежденная (фоновая).

Зона актив­ного загрязнения может простираться на 5... 10 км, а нередко и на несколько десятков километров. Так, в зоне дей­ствия предприятий Норильского горно­металлургического комбината значи­тельные изменения состояния и состава естественного фитоценоза обнаружива­ются на расстоянии до 60...70 км от ис­точника техногенных выбросов.

Если же обратиться к агроэкосистемам, то можно отметить следующее. Последствия техногенеза отрицательно сказываются на состоянии почв. На­пример, число дождевых червей в па­хотном слое почвы зависит от удаления от источника выброса и направления. На расстоянии до 600 м в па­хотных слоях черви практически полно­стью отсутствуют, на протяжении 1500 м их численность значительно сни­жена. Это свидетельствует об «омертв­лении» почвы.

При скармливании на протяжении двух лет (в общей сложности 37 нед) лактирующим коровам загрязненных кормов удои по сравнению с удоями животных, получавших только промы­тые корма, были в среднем на 19,8% ниже. При использовании загрязнен­ных кормов наблюдалось снижение прироста массы у крупного рогатого скота на 19,4...37,5 %.

Центральное место в агроэкосистемах занимают продуценты (автотрофное звено), представляемые широким набором культивируемых растений. Именно в этом звене в значительной мере непосредственно и опосредованно депонируются продукты техногенеза, прежде всего газопылевые выбросы.

Различают невидимые воз­действия загрязнений на раститель­ность и видимые повреждения.

К основным невидимым воздействи­ям относятся: загрязнение растительно­го материала газообразными или твер­дыми компонентами вредных веществ, которые поглощаются частями расте­ний, скапливаясь внутри или прилипая (некоторые компоненты, будучи не­опасными для растений или отдельных их органов, при дальнейшем использо­вании растительного материала могут оказаться токсичными); реакции в рас­тительном обмене веществ, проходящие в течение короткого времени (напри­мер, при высокой концентрации ингре­диентов-загрязнителей), они представ­ляют собой скрытое предварительное воздействие, которое в сочетании с дру­гими факторами среды усиливает нега­тивный эффект; структурные измене­ния внутри клеток.

К внешним, в той или иной степени выраженным изменениям относятся следующие: загрязнения (например, от сажи, летучей золы, цементной пыли, оксида железа и др.), особенно на шеро­ховатых, покрытых волосками, клейких или влажных частях растений; прилипа­ющая пассивная пыль (до образования корки при определенных условиях); прилипающая токсичная пыль, содер­жащая РЬ, Аз или Р; некроз, проявляю­щийся в изменении цвета или ожогах на листьях и хвоинках или других частях растений в результате воздействия SО₂, НР, SО₃, НСL; некротические из­менения цвета кончиков или краев лис­тьев или частей хвоинок, межреберных полей листьев или некроз всего листа (хвоинки); верхушечный не­кроз на плодах под действием НР; преждевременный опад листьев или хвоинок; депрессия роста функцио­нально важных или предназначенных для использования частей растений в результате снижения ассимиляции (на­пример, очень маленькие листья или хвоинки, уменьшение зеленой массы, урожая плодов, выхода древесины); по­тери зеленой массы из-за некроза или преждевременного опадения листвы, а также вследствие нарушения роста кор­невой системы из-за попавших в землю токсичных веществ.

Действие загрязняющих веществ на растения зависит от их вида и концент­рации, длительности воздействия, относительной восприимчивости видов или отдельных растений к дымам и га­зам, стадии физиологического разви­тия, в которой находится растение или его часть. Ведущие факторы — концент­рация и продолжительность воздей­ствия вредных ингредиентов.

Сельскохозяйственные растения об­ладают разной устойчивостью к токси­кантам. Хроническое воздействие не­которых токсичных газов, оцениваемое по снижению продуктивности или дру­гих функций растений, в разной степе­ни опасно для различных культур.

 ЗНАЧЕНИЕ ПОЧВЫ В АГРОЭКОСИСТЕМАХ