Продукционные процессы

Продукционный процесс геосистем удобно рассматривать как интегральный, состоящий из образования органичного вещества растениями(первичными продуцентами), потока этого вещества по трофической сети (образование вторичной продукции), и продуцирование органического вещества почвы. Кроме собственно образования фито-, зоомассы и гумуса, важными результатами продукционного процесса является углеродный газообмен в геосистеме, увеличение численности популяций.

В основе продукционного процесса лежит фотосинтез. В результате соединяются два неорганических соединения – СО2 и Н2О и образуется органическое вещество – глюкоза. Вследствие многочисленных реакций глюкоза превращается в разные сахара, жиры, целлюлозу – основной материал, из которого состоят стенки растительных клеток. Кроме со2 и воды, растения для синтеза органических веществ используют другие минеральные вещества, которые поступают из почвы. В результате чего образуются белки, нуклеиновые кислоты, пигменты.

Фотосинтез существенно зависит от таких факторов как:

- интенсивность освещения (продолжительность освещения);

- температура (оптимум от 16-38 градусов);

- вода;

- питательные вещества почвы.

Важной составляющей продукционного процесса в геосистеме является продуцирование микробной массы. Вследствие короткой продолжительности жизни преобладающего большинства популяций микроорганизмов (15-20 дней и меньше) в умеренном поясе за год сменяется 6-7 их поколений, а в тропическом – больше 20. Отдельные популяции бактерий дают за год 30-40 генераций и больше. Такая большая скорость восстановления биомассы приводит к значительной ее величине ее ежегодной продукции. Так в лесном опаде суточная продукция грибного мицелия составляет 1г/м2, что приблизительно отвечает продуктивности зерновых культур. Ежегодная продукция микроорганизмов составляет 200-500 ц/га, что очень превышает продуктивность высших растений.

Характерной особенностью этого процесса является – пульсация в течении года (факторы окружающей среды и межпопуляционные).

Восстановление гумуса - не менее важное звено . Основным источником его формирования является растительный опад, экскременты животных и клетки микроорганизмов.

Скорость гумификации зависит от большого числа факторов. Наибольшее значение имеют:

- количество и состав растительных остатков;

- режим влажности и аэрация почвы;

- кислотность почвы;

- видовой состав микроорганизмов и интенсивность их деятельности;

- минеральный и механический состав почвы;

и тп.

Этот процесс идет очень медленно, причем (0,3-2,6 т/га) из исходной массы растительного опада на гумус преобразуется не больше 10-30%.

С превращением природных геосистем в агросистемы связаны существенные изменения особенностей всех звеньев продукционного процесса. Продуктивность агроценозов зачастую ниже чем природных фитоценозов на их месте. Это объясняется тем, что поля ежегодно распахивают и почва оголенная на начало вегетационного периода, когда в природных системах уже идет производство продукции. Это связано также с монодоминантностью посевов (один вид растений не может эффективно использовать условия окружающей среду как это делает смесь видов). Поэтому, для повышения продуктивности рекомендуют перейти на двух- или многовидовые с дифференцированными экологическими нишами и амплитудами.

Интенсивное ведение сельского хозяйства связано с низкой прямых и побочных нежелательных в экологическом плане последствий.

Прежде всего истощение почвы, его алелопатическое утомление (накопление продуктов выделения корней растений), загрязнение почвы, а дальше грунтовых вод, и самой сельскохозяйственной продукции остаточными продуктами распада пестицидов, нитратами и другими соединениями, разрушение трофической структуры геосистемы и накопление в их звеньях токсических элементов.

Существенные изменения испытывает на себе образование вторичной продукции в агросистемах. На пашне оно происходит преимущественно при помощи почвенных безпозвоночных и некоторых видов птиц. Зоомасса этих и других тут в сотни раз меньше, чем в природных экосистемах. На пастбищах величина продукции травоядных животных может превышать природные степей и лугов. Однако поддержание этой массы на таком уровне приводит к перевыпасанию и быстрой деградации растительных сообществ, первичная продукция которых снижается до критической отметки и в дальнейшем использовать ее для этих целей невозможно.

Формирование гумуса в агросистемах практически полностью лишено его важнейшего ресурса – растительного опада. Внесение органических удобрений в большинстве случаев не компенсирует эту потерю, поэтому после распахивания лесов, лугов, степей идет процесс дегумификации. Процесс ускоряется вследствие эрозии.

По величине продуктивности (первичной чистой продукции) геосистемы разделяют на :

- непродуктивные (фитомасса не образуется – скалы, песчаные пляжи);

- низкопродуктивные (1-5 т/га);

- сниженнлй продуктивности (5-10);

- среднепродуктивные (10-15);

- повышенной продуктивности (15-20);

- высоко продуктивные (20-30);

- очень высоко продуктивные (больше 30).