22.6. Устойчивость агроэкосистем

Современные агроэкосистемы — один из ключевых факторов формиро­вания и развития биотехносферного пространства и незаменимое средство жизнеобеспечения человечества, поэто­му они играют важную функциональ­ную роль в процессах, происходящих в

452

биосфере, и в поддержании ее устойчи­вости. Исходя из рассмотренных ранее общих принципов организации и опти­мизации агроландшафтов и агроэкосис-тем, можно заключить, что обеспечение устойчивости последних требует серьез­ного внимания.

Категория «устойчивость экосисте­мы» имеет основополагающее значение для оценки современных и перспектив­ных систем земледелия, практических мер по управлению агроэкосистемой, а также эффективности реконструкции существующих и создания новых агро-экосистем. Естественно, что результаты такого рода оценки зависят от смысла, вкладываемого в понятие «устойчи­вость», которое, что весьма существен­но, в современной литературе трактует­ся по-разному.

Согласно приводившемуся ранее оп­ределению устойчивости агроэкосис-тем — это свойство системы сохранять и поддерживать значение своих парамет­ров и структуры в пространстве и во времени, качественно не меняя харак­тер функционирования. Агроэкосисте-ма представляет трансформированную в результате хозяйственной деятельности человека чайтъ наземной экосистемы. Структуру и функционирование ее ре­гулируют с помощью дополнительного введения вещества (удобрения, пести­циды, мелиоранты) и энергии для под­держания оптимальной и стабильной продуктивности выращиваемых культур и предотвращения загрязнения окружа­ющей среды. Природные экосистемы в отличие от агроэкосистем — это сово­купность живых организмов в неорга­нической среде, которые, занимая оп­ределенное пространство, связаны меж­ду собой обменом вещества и энергии и способны к саморегуляции.

Устойчивость системы, как известно, характеризует принцип Ле Шателье. До начала прошлого столетия поглощение экосистемами суши углерода подчиня­лось этому принципу, т. е. в то время биота эффективно компенсировала все воздействия человека на экосистемы и проблемы загрязнения окружающей среды не возникало. В начале прошлого столетия экосистемы суши не только перестали поглощать избыток углерода из атмосферы, но и сами начали выбра-

сывать его, увеличивая загрязнение ок­ружающей среды, обусловленное про­мышленностью и транспортом. Струк­тура экосистем суши оказалась суще­ственно нарушенной.

В доиндустриальную эпоху площади используемых земель составляли менее 5 % территории всей суши, причем че­ловек использовал не более 20 % произ­водимой на них продукции. Таким об­разом, общая доля потребляемой чело­веком продукции биосферы не превы­шала 1 %. Сегодня эта доля на порядок выше. Процессы синтеза и распада органических веществ осуществляются в экосистемах с огромной скоростью, что создает опасность быстрого разру­шения окружающей среды при наруше­нии замкнутости круговорота веществ. Именно благодаря замкнутости биохи­мических круговоротов функциониро­вание экосистем оказывается возмож­ным и осуществляется на основе энер­гии, образующейся при распаде органи­ческих соединений. Поэтому необходи­мым условием устойчивости является ограничение притока питательных ве­ществ в экосистему и количества этих веществ, образующихся непосредствен­но в экосистеме. Продуктивность про­цессов синтеза и разложения органи­ческого вещества должна намного пре­вышать внешнее поступление питатель­ных веществ в экосистему. Если приток покрывает половину биологических по­требностей, то поддержание устойчивой замкнутости круговорота веществ ста­новится невозможным. Случайное со­впадение количеств питательных ве­ществ, поступающих в систему, и выво­димых из нее продуктов жизнедеятель­ности, сохраняющее стабильность окру­жающей среды, не может быть устойчи­вым. Поэтому интенсивности синтеза и разложения должны превосходить вне­шние потоки питательных веществ на столько, на сколько биота, функциони­рующая на основе замкнутого кругово­рота веществ, способна компенсировать любые изменения состояния окружаю­щей среды и превосходить по конкурен­тоспособности биоту, существую- щую за счет внешних потоков веществ. Сле­довательно, только запасы и концентра­ция питательных веществ в окружаю­щей среде могут определяться и поддер-

453

живаться на устойчивом уровне биотой экосистем.

^Параметрами устойчивости агроэко­системы являются функции, режимы и свойства почвы; структура, организация и продуктивность агрофитоценоза; структура и организация микробного сообщества; интенсивность и сбаланси­рованность биогеохимического круго­ворота.

Для количественной оценки устой­чивости экосистемы учитывают связь воздействующих факторов (тип, интен­сивность, длительность, количество возмущений и др.), а также связь экоси­стем с основными параметрами, ответ­ственными за ее устойчивость, и облас­тями (зонами) устойчивого состояния. Таких зон может быть от одной до не­скольких.

Изменение структуры экосистемы или переход ее параметров в область неустойчивого состояния обусловлива­ют потерю устойчивости. Если переход от одной области устойчивого равнове­сия в другую сопровождается сохране­нием внутренних связей экосистемы, проявляется свойство ее упругости, т. е. при переходе из одной области ус­тойчивого равновесия в другую внут­ренние связи экосистемы сохраняются. Способность экосистемы вернуться в прежнюю область устойчивого равно­весия после временного воздействия природного или антропогенного фак­тора характеризует ее стабильность. Названные категории пригодны и для характеристики антропогенных экоси­стем. Основная проблема в этом случае заключается в качественной и количе­ственной формализации соответствую­щих категорий применительно к осо­бенностям агроэкосистемы.

Несомненно, что в ряду парамет­ров, ответственных за устойчивость и стабильность агроэкосистемы, перво­степенное значение имеет продуктив­ность агроценозов, падение которой по самым разным причинам (напри­мер, дефицит или избыток элементов минерального питания, засуха или пе­реувлажнение, деградация почвы и т. п., рис. 22.4) ниже заданного уровня свидетельствует о переходе агроэкоси­стемы в неустойчивую область. Одна­ко снижение урожайности — это уже

конечная фаза реакции агроэкосис­темы на имеющиеся возмущения, ко­торой предшествуют изменения дру­гих параметров, таких, как и актив­ность микробного сообщества, сба­лансированность биогеохимических циклов элементов, уровень плодоро­дия почвы.

Контроль за названными парамет­рами позволяет выявить скрытые фор­мы нарушений устойчивости и доста­точно оперативно поддерживать ста­бильность агроэкосистемы, т. е. сохра­нять заданные характеристики пара­метров в течение определенного про­межутка времени. Следовательно, ус­тойчивость и стабильность агроэкоси­стемы недостаточно рассматривать в виде простой функциональной зави­симости между каким-либо воздей­ствующим фактором и одним из пара­метров, ответственных за устойчи­вость, как это распространено в боль­шинстве современных моделей.

Более объективную оценку могут дать комплексные почвенно-агрохими-ческие, эколого-физиологические и эколого-токсикологические исследова­ния с применением методов системного анализа и математического моделирова­ния. Наибольшая трудность заключает­ся в выделении зон устойчивости агро­экосистемы, определении их границ и времени сохранения или достижения нового устойчивого состояния при на­личии кратковременных или постоян­ных воздействий, поскольку эти вопро­сы еще не разработаны в полной мере даже в концептуальном плане.

Рассмотрим некоторые закономер­ности отклика основных слагаемых аг­роэкосистемы, которые одновременно являются и параметрами ее устойчивос­ти (микробное сообщество, агрофито-ценоз, почва), на действие аграрных форм антропогенного фактора.