2.26. Понятие и параметры устойчивости агроэкосистем

Оптимизация природной среды — это поиск сбалансированного соотно­шения между эксплуатацией экосистем (рациональным использованием есте­ственных ресурсов), их охраной и целе­направленным преобразованием. Меж­ду тем деятельность человека приводит к значительным и устойчивым измене­ниям природной среды. В агроэкосис-темах, как известно, к таковым относят процессы эрозии и дефляции; загрязне­ние почв и природных вод химически­ми веществами, вымываемыми из мине­ральных удобрений и ядохимикатов; эв-трофирование водоемов; уплотнение, подкисление и понижение биологичес­кой активности почв; изменение видо­вого состава, численности и распреде­ления флоры и фауны и т. д.

В связи с этим очевидна необходи­мость в системе средостабилизирующих мероприятий. Теоретическим обосно­ванием разработки системы обеспече­ния устойчивости агроэкосистем при­звана служить формирующаяся эколо­гия агроландшафта, которая изучает структуры и особенности функциони­рования агроэкосистем в конкретных условиях и при антропогенных воздей­ствиях, а также балансы веществ и энер­гии. При этом необходимо системно учитывать характер взаимосвязей и вза­имозависимостей между структурными элементами агроландшафта, иерархи­ческие уровни соответствующих струк­тур.

Рассматривая предпосылки форми­рования устойчивых агроэкосистем, не­обходимо основываться на ландшафт -но-экологическом подходе, который предполагает изучение природных яв­лений и процессов, а также инвентари­зацию их ресурсного потенциала; оцен­ку природных систем применительно к возможным видам использования; про­гнозирование вероятных изменений природных комплексов в результате их использования; разработку подходов к управлению процессами изменения природных комплексов из-за антропо­генного воздействия, определение пу­тей и способов их регулирования; обо­снование и разработку рекомендаций по оптимизации агроландшафтов.

Природные системы характеризуют­ся рядом свойств, определяющих их (систем) отношение к внешним воздей­ствиям, таких, как целостность, устой­чивость, эластичность, инерция, ем­кость, допустимые пределы изменений. Кратко охарактеризуем эти свойства.

Целостность — внутреннее единство экосистем, обусловленное тесными вза­имосвязями между составляющими их компонентами.

Устойчивость — способность к само­сохранению и саморегулированию в пределах, не превышающих определен­ных критических величин (допустимых пределов изменений). Речь идет о спо­собности экосистем сохранять свою структуру и основные функции при внешних воздействиях (в том числе ант­ропогенных). Особую роль здесь играет биота, которая, трансформируя абиоти­ческую среду, смягчает внешние воз­действия.

Различают резистентную и упругую устойчивость. В первом случае имеется в виду свойство системы сопротивлять­ся нарушениям, поддерживать свою структуру и функции, во втором — спо­собность восстанавливать свое состоя­ние (т. е. важнейшие на определенном временном интервале характеристик;:, после того, как структура и функции :;:-стемы были нарушены.

Изменчивость — способность ;::-стем переходить из одного со:т: другое под влиянием внешних сил или факторов саморазвития. По глубине трансформации систем различают из­менения в ходе функционирования, ди­намики и развития. Функционирова­ние — это совокупность процессов пе­редачи и превращения вещества и энер-ги и, поддерживающая систему в определенном состоянии. Здесь проис­ходят небольшие количественные изме­нения, которые носят ритмичный су­точный и сезонный характер. Динамика представляет собой обратимые измене­ния, которые происходят в рамках структуры системы. К ним, например, относят многолетние периодические колебания, так называемые «восстано­вительные смены». В процессе динами­ки происходят более глубокие измене­ния, чем в процессе функционирова­ния. Но они не ведут к качественной пе­рестройке структуры, а лишь медленно подготавливают ее. Развитие (эволю­ция) — это необратимые изменения си­стем с коренной перестройкой структу­ры и формированием новых ландшаф­тов, что связано как с внешними воз­действиями (природными и антропо­генными), так и с внутренними ценоти-ческими (саморазвитие). Такие экосис­темы теряют устойчивость.

Эластичность — способность в неко­торых пределах менять свое состояние под влиянием внешних факторов и воз­вращаться в исходное состояние при прекращении их действия.Инерция — способность природных систем в некоторых пределах противо­стоять действию внешних факторов без изменения своего состояния.Емкость — способность абсорбиро­вать без изменения своего состояния чужеродные воздействия внешних фак­торов (посторонние вещества, избыточ­ную энергию и т. п.). Допустимые пределы изменений — максимальный и минимальный преде­лы параметров состояния природной системы, внутри которых она обладает устойчивостью и не разрушается.Изучение и учет экосистем имеют важное практическое значение, по­скольку позволяют более грамотно фор­мировать взаимодействие с окружаю­щей природной средой. Это особенно важно при организации агроэкосистем, отличающихся от экосистем неустойчи­вым природным равновесием. В есте­ственных условиях смена структуры экосистем (например, зарастание озер, заболачивание лесов и др.) происходит постепенно. При неуправляемом же вмешательстве сельскохозяйственного производства изменения могут прохо­дить быстро и приводить к снижению устойчивости агроландшафтов и их дег­радации.

Хозяйственная деятельность влияет и на перестройку биоценозов в целом. Причем в отдельных регионах наруше­ние равновесия между материнской по­родой, стоком и почвой вызывает нео­братимые отрицательные изменения б ландшафтах. Примером может служить усиление процессов опустынивания.

2.27.Учение В.И.Вернадского о биосфере. Экосистемой высшего ранга на Земле является биосфера – оболочка планеты, населенная живым веществом.Целостное учение о биосфере представлено в работе «Биосфера» (1926 г.). В.И.Вернадский определил биосферу как особую охваченную жизнью оболочку Земли. В физико-химическом составе биосферы Вернадский выделяет следующие компоненты: живое вещество – совокупность всех живых организмов; косное вещество – неживые тела или явления (газы атмосферы, горные породы магматического, неорганического происхождения и т.п.); биокосное вещество – разнородные природные тела (почвы, поверхностные воды и т.п.); биогенное вещество – продукты жизнедеятельности живых организмов (гумус почвы, каменный уголь, торф, нефть, сланцы и т.п.);

Согласно воззрениям Вернадского весь облик Земли, все ее ландшафты, атмосфера, химический состав вод, толща осадочных пород обязаны своим происхождением живому веществу. Жизнь – это связующее звено между Космосом и Землей, которое используя энергию, приходящую из космоса, трансформирует косное вещество, создает новые формы материального мира. Так, живые организмы создали почву, наполнили атмосферу кислородом, оставили после себя километровые толщи осадочных пород и топливные богатства недр, многократно пропустили через себя весь объем Мирового океана. Учение Вернадского нацеливало на изучение живых, косных и биокосных тел в их неразрывном единстве, что сыграло значительную роль в подготовке естествоиспытателей к целостному восприятию природных систем.

С учетом современных представлений, биосфера включает оболочку Земли, которая содержит всю совокупность живых организмов и часть вещества планеты, находящуюся в непрерывном обмене с этими организмами. Иными словами, биосфера – это область активной жизни, которая охватывает нижнюю часть атмосферы, всю гидросферу и верхние горизонты литосферы.

Структура биосферы представляет собой совокупность газообразной, водной и твердой оболочек планеты и живого вещества, их населяющего. Масса биосферы составляет приблизительно 0,05% массы Земли, а ее объем – 0,4% объема планеты. Границы биосферы определяет распространение в ней живых организмов. Несмотря на различную концентрацию и разнообразие живого вещества в разных районах земного шара, считается, что горизонтальных границ биосфера не имеет. Верхняя же вертикальная граница существования жизни обусловлена не столько низкими температурами, сколько губительным действием ультрафиолетовой радиации и космического излучения солнечного и галактического происхождения, от которого живое вещество планеты защищено озоновым экраном. Поскольку граница биосферы обусловлена полем существования жизни, где возможно размножение, то она совпадает с границей тропосферы (нижнего слоя атмосферы). В состав биосферы полностью входит вся гидросфера (океаны, моря, озера, реки, подземные воды). Наибольшая концентрация жизни сосредоточена до глубины 200 м, в так называемой эвфотической зоне, куда проникает солнечный свет и возможен фотосинтез. Именно здесь сконцентрированы все фотосинтезирующие растения и продуцируется первичная биологическая продукция. Нижняя граница биосферы в пределах литосферы лежит в среднем на глубине 3 км от поверхности суши и 0,5 км ниже дна океана. На границе атмо-, гидро - и литосферы сконцентрирована наибольшая масса живого вещества планеты, и эта земная оболочка названа биогеосферой, или пленкой жизни. Только в ее пределах возможна жизнедеятельность и существование человека. Биосферу населяют около 1,5 млн видов животных и 500 тыс. видов растений. Вместе с тем в процессах самоорганизации биосферы живое вещество играет сегодня ведущую роль и выполняет следующие функции: Живое вещество находится в постоянном энергетическом обмене с внешним миром. Оно является основным организующим элементом в поддержании круговорота веществ, обеспечении динамического равновесия экологических систем. Процесс создания органического вещества в биосфере происходит одновременно с противоположными процессами потребления и разложения его гетеротрофными организмами на исходные минеральные соединения (вода, углекислый газ и др.).

Вместе с тем вмешательство человека в природные круговороты приводит к серьезным изменениям в состоянии биосферы. Возвращаясь к учению В.И.Вернадского, необходимо отметить, что он оценил появление человека на Земле, как огромный шаг в эволюции планеты. Ученый считал, что с возникновением человека и развитием его производственной деятельности человечество становится основным геологическим фактором всех происходящих в биосфере планеты изменений, приобретающих глобальный характер («Человечество, взятое в целом, становится мощной геологической силой»). Дальнейшее неконтролируемое развитие деятельности людей таит в себе большую опасность и потому, считал В.И.Вернадский, биосфера должна постепенно превращаться в ноосферу, или сферу разума (от греческих noos – разум, sphaira – шар). Понятие «ноосфера» отражает будущее состояние рационально организованной природы, новый этап развития биосферы, эпоху ноосферы, когда дальнейшая эволюция планеты будет направляться разумом в целях обеспечения необходимой гармонии в сосуществовании природы и общества. Следующий этап в развитии концепции ноосферы должен состоять в том, чтобы понять, как достичь этой гармонии.