Сільськогосподарське освоєння та агроекосистеми
Сільське господарство є найтривалішим і залишається найпотужнішим чинником трансформації наземних екосистем і плівки життя загалом. Протягом тисячоліть людина вогнем знищувала ліси, спочатку і метою збільшення площ лук для випасання свійських тварин, а згодом площ ріллі для вирощування сільськогосподарських культур. За слова ми Ф.Рамада (1984), це є першою причиною істотного потрясіння біосфери. Цей процес охопив помірні й тропічні зони Азії, Африки та Америки. Його наслідком с величезні простори саван у західній частині Африки і в Південно-Східній Азії та прерій - у Північній Америці, рівнинні, післялісові та внеокогірські луки в Центральній і Південній Європі. Навіть за останні 20-30 років темпи знищення лісів досяганні. 18-20 млн.га щорічно, а лісистість Землі за цей час зменшилася з 29 до 27% (Писаренко, 1989).
Показовою є територія "колиски цивілізації" - південь Палестини, північні райони Сірії і Месопотамії та Східний Іран, де десять тисяч років тому зародилося землеробство. "Сьогодні піщана пустеля простягається там, де 8000 років тому процвітала сільськогосподарська цивілізація неоліту. Незмірна експлуатація цих територій призвела до поступового знищення лісів, потім до руйнування рослинного покриву і, врешті-решт, ґрунтів".
Дуже сильно, передовсім унаслідок випалювання, знищені ліси Середземномор'я. Антропогенні пожежі спричинилися до виникнення мільйонів гектарів розріджених чагарникових пустищ у Франції, Югославіії, Болгарії та інших країнах Південної Європи, в котрих водною ерозією знищений ґрунтовий покрив, а на поверхні опинилися безплідні вапнякові чи кремнисті гірські породи. Площа середземноморських лісів зменшилася в 20 разів.
Вирубування та випалювання лісів, пересувне підсічно-вогневе землеробство, екстенсивне пасовищне господарство спричинилося також до глибоких змін видового складу й чисельності тваринного населення первинних екосистем, загибелі ендемів і реліктів. У післялісових ландах, чапарелях, вельдах чи саванах значно зростає чисельність великих ссавців і птахів. Змінюються мікрокліматичні умови території, тваринне і мікробне населення ґрунтів, їх біотична активність, гідрологічний і * гідрохімічний режими водних екосистем, зрештою, структурно-функціональні показники суміжних територій.
Основним засобом сільськогосподарського виробництва є ґрунт. Він є резервуаром вільної енергії, поживних речовин і вологи, яких живі організми мають змогу використовувати у випадку несприятливих Зовнішніх збурень. Ґрунт є важливою підсистемою наземних і мілководних екосистем, в якій відбувається, з одного боку, деструкція мертвої Органічної маси та використання накопиченої в ній вільної енергії, з другого - постійне поповнення запасів вільної енергії і поживних речовин. З ґрунтом пов'язана, з одного боку, редукційна ланка біотичного кругообігу - основної функціональної особливості екосистеми, з другого І від його родючості, фізико-хімічних і водно-фізичних властивостей залежить продукційна ланка цього кругообігу - загальна продуктивність екосистем, чи, іншими словами, здатність виробляти ту чи іншу кількість біомаси, необхідної для забезпечення різноманітних потреб людства. Ґрунтовий покрив як продукт взаємодії живої речовини, літосфери й атмосфери є одночасно й важливим чинником підтримання хімічного складу атмосфери і прибережних вод океану.
Завдяки родючості ґрунту, вмінню її підтримувати, примножувати та Використовувати, передовсім в аграрному секторі, людство вирощує понад 90% потрібних для свого існування харчових продуктів. Тобто ця родючість є одним з вирішальних чинників забезпечення нормальних умов існування людського суспільства, а ґрунтовий покрив - однією з Найважливіших структур не лише наземних екосистем, плівки життя та біосфери, але й соціосфери. Його охорона, особливо на інтенсивно експлуатованих сільськогосподарських угіддях, розумне використання земельних ресурсів і збереження родючості ґрунтів є однією з найважливіших суспільних проблем.
Натомість, як свідчасть статистичні та науково-дослідні дані, загалом на планеті відбувається ціла низка надзвичайно небезпечних процесів. За даними ФАО (1986 рік), площа суші земної кулі без водних поверхонь і льодовикових покривів становить 13079 млн. га, серед яких 11,3% займають орні землі та багаторічні насадження. Незважаючи на Постійне освоєння нових територій під ріллю, її площа протягом десятиріч залишається практично однаковою (табл.5.4). Але за цей час населення земної кулі збільшувалося відносно ріллі значно швидше. Внаслідок цього в 1960 р. на одного її мешканця припадало 0,50, 1975р. - 0,38, 1985р. - 0,30, а в 2000р. - лише коло 0,22 га, тобто відбувається інтенсивне відносне зменшення продуктивних земель і збільшення антропогенного навантаження на одиницю орної площі.
Незважаючи на істотне поліпшення генетико-селекційцних робіт, Зростання за 25 років внесення мінеральних добрив у 9 разів, пестицидів і- у 32 рази та зрошуваних земель - у 2 рази, втримати хоча б харчування Населення планети на одному рівні не вдалося. Поряд з цим, щорічно з рільного фонду вилучається близько 6 млн.га земель через втрату родючості й відчуження для несільськогосподарських потреб. Натомість для його поновлення на таку ж величину зменшується площа продуктивних лук і лісів. Таким чином, відбувається поступове абсолютне зменшення продуктивних земельних ресурсів Землі.
Заданими Б.Г.Розанова та ін. (1989), з 2 млрд.га земель, утрачених за 10 тис. років сільськогосподарської цивілізації (середній темп - 0,2 млн.га за рік), 700 млн.га загублені за останні 300 років (середній темп 2,3 млн.га), а з них 300 млн.га - протягом останніх 50 років зі середньорічним темпом 6 млн.га. Отже, руйнування одного з найголовніших чин ликів продуктивності наземних екосистем досягло катастрофічних розмірів. У Європі вже розорано 94% придатних для рільництва земель.
Особливої уваги заслуговують процеси деградації вже освоєних сільськогосподарських угідь. Відчутними на значних теренах є ущільнення ґрунту, втрата структури, проникливості, поруватості внаслідок механічного навантаження і зрошувальних меліорацій. Загрозливих масштабів набула дегуміфікація ґрунтів. За 100 років експлуатації чорноземи колишнього СРСР втратили в середньому 25-30% гумусу. А за розрахунками Б.Г.Розанова, протягом землеробської цивілізації втрати органічного вуглецю становлять 313 млрд.т. або 313 млн.т щорічно. За останні 50 років темп дегуміфікації, порівняно зі середньоісторичним, зріс у 24,3 раза і становить 38 млрд.трік-1. Втрата ґрунтовим покривом гумусу спричиняє додаткове вивільнення в атмосферу діоксиду вуглецю, тобто додаткове посилення "парникового ефекту", а теперішнє підвищення температури приземних шарів атмосфери внаслідок останнього - до ще більшого пришвидшення дегумуфікації. Ця повернена вершиною вниз конічна спіраль описуваного процесу свідчить про можливі катастрофічні його наслідки.
Сільськогосподарське використання землі характеризується ще кількома рисами негативної динаміки наземних екосистем. Це, передовсім, - водна і вітрова ерозія, опустелення, зміни, зумовлені будівництвом іригаційних споруд, зрошенням та осушенням сільськогосподарських угідь, забрудненням поверхневих і підземних вод солями й залишковими мінеральними добривами, а також отрутохімікатами. Вважається, що на покриття збитків від ерозії на одиниці площі родючого ґрунту потрібна компенсація на 4-8 разів більшій площі гірших земель, а виснаження ґрунтових ресурсів ерозією може виявитися найсерйознішою загрозою економічній стабільності світу.
Антропогенне опустелення характеризується як втрата екосистемою здатності забезпечувати живі організми водою. Воно поширене, головним чином, в аридних, семіаридних і субгумідних умовах, й супроводжується низькою продуктивністю та збідненням видової різноманітності живих істот. За даними ЮНЕСКО, площа засушливих територій світу в 1977 році становила 5,33 млрд.га, шоста частина з яких - антропогенного походження. 70% цих земель, чи близько 3,6 млрд.га уже охоплені деградацією ґрунтового покриву. Щорічно внаслідок опусте-лювання втрачає свою продуктивність 21 млн.га. Головною причиною цього процесу є нерегульоване надмірне випасання худоби.
Разючі приклади опустелення знаходимо в Калмикії, Туркменистані, В районі Аральського моря, в дельтах Амудар'ї і Сирдар'ї. Воно стало наслідком нерозумної розбудови зрошувальних систем і безгосподарного використання води на зрошення. Воно охопило 50 мільйонів гектарів і вирізняється повторним засоленням ґрунтів, висиханням озер і русел річок, зникненням природних боліт, висиханням Заростей очерету й тугайних лісів, появою нових водойм, що виникли Після скидання колекторних вод, поширенням солончаків і рухомих барханних пісків, розвіюванням вітрами на сотні кілометрів соленого пилового матеріалу. Загалом, як пише Б.Г.Розанов зі співавторами (1989), тепер на рівнинах Середньої Азії та Південного Казахстану опустелюванням охоплено близько 60% території, при цьому майже 40% з них -. це вже пустелі. Загрозливих розмірів воно досягло в країнах Африки, Південної і Південно-Західної Азії та Латинської Америки. Його наслідки відчуває близько 12° о жителів Землі.
Антропогенне опустелювання засушливих територій підсилюється загальним потеплінням та аридизацією клімату, також у значній мірі зумовленими виробничою діяльністю людства. За даними ЮНЕП, на початку дев'яностих років на всіх материках опустелюванням було охоплено 60-80% посушливих пасовищ. Воно руйнувало 40-60% незрошуваних земель Африки, Азії та Європи й від 20 До 40% таких самих земель Австралії, Південної і Північної Америки.
Розвиток іригації за останні 300 років спричинився до втрати ще 100 млн.га сільськогосподарських земель. Коло 140 млн.га зрошених земель Зазнає вторинного засолення, годі як загальна площа земель цієї категорії, за даними ФАО, в 1985 р. досягала 228 млн.га. Водночас значно погіршується якість зрошувальних вод. Істотне забруднення природного середовища спричиняють азотні та фосфорні добрива. Нітрати, нітрити, амоній проникли у водоносного горизонту на глибини в десятки метрів. Загалом з полів у світі змивається до 30-50% внесених мінеральних добрив. Частина з них виноситься внутрішньоґрунтовим стоком, частина азотних добрив денітрифікується, азот потрапляє в атмосферу, зв'язує озон і сприяє посиленню парникового ефекту. Землеробство, особливо зрошувальне, стає щораз бруді і іншою галуззю народного господарства.
Основною одиницею сільськогосподарського виробництва є агроекосистема - створена людиною сільськогосподарська екосистема, базовими структурно-функціональними блоками якої є більше чи менше трансфер мований ґрунтовий блок природної первинної екосистеми, посів або посаО ка сільськогосподарської культури та атмосферний блок (метеорологічні чи кліматичні ресурси місцевості). Порівнюючи агроекосистеми з природними чи напівприродними екосистемами, котрі працюють на енергії сонячного світла (наприклад, озера, ліси), Ю.Одум (1986) вирізняє три основні їх особливості: "1) вони одержують допоміжну енергію, яка знаходиться під контролем людини; ця допоміжна енергія надходить у вигляді м'язових зусиль людини і тварин, добрив, пестицидів, зрошувальної води, роботи машин, що працюють на пальному і т.п.; 2) різноманітність організмів різко знижена (також унаслідок діяльності людни), щоби максималізувати вихід необхідного для людини продукту харчового чи іншого) і 3) домінантні види рослин і тварин підлягають тучному, а не природному доборові. Іншими словами, організованість і керування агроекосистеми забезпечується таким чином, щоби спрямовувати якнайбільше сонячної та антропогенної енергії на виробництво продуктів харчування". При цьому "певні вигоди супроводжуються й деякими втратами: ерозія ґрунтів, забруднення водойм знесеними пестицидами й добривами, висока вартість пального, підвищена чутливість системи до змін погоди і шкідників".
З приводу цього слід завважити, що Ю.Одум головну увагу звернув на структурні й речовинно-енергетичні особливості агроекосистеми, і лише побіжно зачепив питання їх функціональних, зокрема інформаційних і кібернетичних рис. До описаних цитованим автором особливостей слід додати:
агроекосистеми - це не просто штучні та швидше комбіновані екосистеми, які складаються з природного чи трансформованого людиною екотопу (ґрунту й атмосфери) й штучно вмонтованого в нього фітоценозу (автотрофного блоку) культурних рослин;
в агроекосистемі зберігається пам'ять (частина генопласту) первинної екосистеми (лісової, чагарникової, лучної, степової тощо), на Місці якої вона сформована, у зв'язку з цим урожай сільськогосподарської культури залежатиме не лише від того, скільки додаткової енергії внесе людина в цю агроекосистему, але й від того, наскільки вдало буде припасованим генофонд культивованого сорту (популяції) рослини до генопласту природних живих компонентів (ґрунтових хребетних і безхребетних, мікроорганізмів, облігатних і факультативних птахів і звірів, що потрапляють до агроекосистеми зі сусідніх природних екосистем, бур'янів, патогенних грибів, шкідників тощо);
незважаючи на те, що людина намагається захистити агроекосистему від впливу зовнішніх і внутрішніх збурень, максимально позбавити її від впливу її ж саморегуляторних механізмів, цього їй досягти не вдається: в агроекосистемі в тій чи іншій мірі працюють механізми саморегуляції, як на базі частково збереженої в ній генетичної пам'яті первинної екосистеми, так і на базі генетичної пам'яті просторово більших екосистем (ландшафтної, провінційної), кібернетичні механізми яких постійно спрямовані на відтворення корінної екосистеми. Цьому сприяють анемогенні, гідрогенні, зоогенні та інші міжекосистемні зв'язки, за допомогою яких в агроекосистему потрапляє біотичний матеріал, який, за відсутності антропічної протидії, забезпечує відновлення корінного покриву (наприклад, у лісовій зоні: через стадію перелогу і самосіву деревних і чагарникових порід - формування клімаксової лісової екосистеми);
успіх роботи агроекосистеми й одержання максимального врожаї.. залежить не лише від кількості внесеної в неї додаткової енергії, але II від того, наскільки ефективно працюватимуть у ній механізми ангропогенної регуляції її структурно-функціональними процесами: ні і розмірів, термінів і технології внесення допоміжної енергії, речовини та інформації тощо, наскільки в програмі цієї регуляції будуть враховані характер і потужність механізмів природної саморегуляції та наскільки швидко виправлятимуться можливі помилки антропогенного втручання в роботу системи (наприклад, надмірне ущільнення ґрунту, недостатні внесення отрутохімікатів або зрошувальних вод, надмірне осушення тощо);
агроекосистема, порівняно з природною екосистемою, характеризується не лише специфічною морфологічною структурою, але й глибоко здеформованою трофічною пірамідою. В ній людина сприяє максимальному розвиткові лише того трофічного блоку, з якого зацікавлена одержати найбільший урожай. Це не лише вимагає додаткових затрат енергії на інгібування інших трофічних блоків, але й підтримання стійкості структурно спрощеного, позбавленого засобів самозахисту, створеного людиною біотичного угруповання.
Щодо штучного добору домінантних видів рослин і тварин слід зазначити, що він не є ні особливістю, ні ознакою агроекосистеми. В ній жодного добору немає. Інтродуковані в неї домінанти - заздалегідь сформовані засобами селекції і генетики сорти рослин чи породи тварин. Останні дають найбільшу віддачу в тому випадку, коли їх формування відбувалося цілеспрямовано для агроекосистем з конкретними параметрами їх абіотичних і біотичних умов (родючості, фізико-хімічних і водно-фізичних властивостей Грунту, метеорологічних умов, наявності збудників хвороб, шкідників, конкурентних видів тощо).
Усе це свідчить, з одного боку, про надзвичайну складність і тендітність структурно-функціональної організації агроекосистем, з другого - про надзвичайну актуальність розвитку агроекосистемології -прикладного розділу екосистемології, завданням якого повинно стати опрацювання наукових основ і практичних засад формування морфологічної і функціональної струтурнагроекосистем, ефективного керування енергетичними, біогеохімічними (продукційнимн та редукційними) процесами, способів вирощування максимальних урожаїв, збереження екологічного потенціалу зайнятих цими системами ділянок біогеоценотичного покриву, охорони їх компонентів від антропогенної і спонтанної деградації (ерозії, опустелення, забруднення, втрати біотичної різноманітності та загальної ентропії).