Добавил:
ivanov666
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз:
Предмет:
Файл:Агроэкология. Учебное пособие
.pdf
УДК 631.95(075.8)
ББК 20.1я73
К90
Рецензенты: кафедра безопасности жизнедеятельности Белорусского
государственного технологического университета (заведующий кафедрой
доктор сельскохозяйственных наук, доцент В.Н. Босак); член-корреспондент
Национальной академии наук Беларуси, заведующий лабораторией экологии
растений Государственного научного учреждения «Институт экспериментальной ботаники имени В.Ф. Купревича Национальной академии наук Беларуси» профессор Б.И.
Все права на данное издание защищены. Воспроизведение всей книги
или любой ее части не может быть осуществлено без разрешения издательства
Якушев
Куликов, Я. К.
К90 Агроэкология : учеб. пособие / Я. К. Куликов. – Минск :
Выш. шк., 2012. – 319 с.
ISBN 978-985-06-2079-8.
Рассмотрены типы, структура и функции агроэкосистем, при-
родно-ресурсный потенциал сельскохозяйственных территорий.
Освещена роль почвы и почвенной биоты, их экологические функ-
ции при взаимодействии с природными и антропогенными системами.
Анализируется функциональная активность биологических и химических свойств почв при формировании продуктивности и устойчивости агроэкосистем.
Для студентов высших учебных заведений, обучающихся
циальности «Биоэкология».
УДК 631.95(075.8)
ISBN 978-985-06-2079-8 © Куликов Я.К., 2012
© Издательство «Вышэйшая
школа», 2012
по спе-
ББК 20.1я73
ПРЕДИСЛОВИЕ
Обострение экологической ситуации во многих регионах
мира в значительной мере связано с влиянием сельскохозяйственной деятельности на природную среду. Оценка изменений,
происходящих в результате этого воздействия, должна лежать в
основе разработки системы рационального ведения сельского
хозяйства и природоохранных мер. Экологическая оценка состоит в определении фактических и возможных изменений состояния
сельского хозяйства, так и на условия жизни населения.
к грамотности специалистов в области охраны природы и рационального использования природных ресурсов. Специалист
любой сферы деятельности должен понимать смысл современных проблем взаимодействия общества и природы, разбираться
воздействий тех или иных производств на окружающую природную среду, уметь квалифицированно оценивать характер,
направленность и последствия влияния конкретной хозяйственной деятельности на природу.
зяйства зависит защита окружающей среды от прямого загрязнения и разрушения, оптимизация ландшафта сельскохозяйственных районов
ции. Действенность и эффективность охраны природы в сельском хозяйстве зависит от экологического предвидения
специалистов, их умения увязывать вопросы развития производства с природоохранными задачами.
объективно обусловленная необходимость целенаправленного
перехода от сугубо технократической политики к грамотному
соединению достижений научно-технического прогресса с
принципами
ществлении различных видов производственной деятельности
в сфере агропромышленного комплекса (АПК).
ции сельскохозяйственного производства окружающая среда,
как правило, загрязняется токсическими веществами, резко
возрастают ветровая и водная эрозии почв, значительно умень-
природной среды, влияющих как на развитие самого
В настоящее время существенно возрастают требования
в причинной обусловленности возможных негативных
От экологической грамотности специалистов сельского хо-
, производство экологически чистой продук-
«Экологизация» сельскохозяйственного производства –
природосообразности при организации и осу-
При одностороннем техногенном подходе к интенсифика-
3
шается видовое разнообразие полезной фауны и флоры, увеличивается опасность массового поражения агроценоза болезнями и вредителями, возникает реальная опасность для здоровья человека и деградации природной среды. Поскольку
преимущество в сельском хозяйстве отдается более однотипным агроэкосистемам, снижается их способность к поддержанию экологического равновесия за счет механизмов саморегу-
. Вследствие этого возрастает не только экологическая и
ляции
генетическая уязвимость посевов сельскохозяйственных культур, но и необходимость применения во все больших масштабах средств химической защиты растений, что неизбежно усиливает процесс разрушения механизмов самовосстановления
природных ландшафтов.
С учетом того, что площадь агроэкосистем в мире занимает
уже свыше 10 % суши, односторонний техногенный
подход к
интенсификации растениеводства сопряжен с опасностью гло бального нарушения экологического равновесия биосферы.
Подобное заключение основано не только на данных агроэнергетического анализа, но и на реальном понимании того, что будущее человеческой цивилизации и сохранение природной
среды взаимосвязаны. Поэтому выживание человечества зависит не столько от экономических, сколько от экологических
факторов. Не случайно тенденция перехода к экологически
обоснованному сельскохозяйственному производству – все более гармоничному взаимоотношению природы и общества –
доминирует сегодня практически во всех сферах производственной деятельности человека.
Современные промышленные технологии возделывания
сельскохозяйственных культур достигли пределов «насыщения» в нескольких аспектах:
в экологическом (загрязнение природной среды и подав-
механизмов ее саморегуляции);
ление
энергетическом (экспоненциальный рост затрат невос-
полнимой энергии на каждую дополнительную единицу растениеводческой продукции);
продукционном (дальнейшее увеличение доз азотных
удобрений приводит к угнетению роста и развития культивируемых растений и почвенных организмов, снижает устойчивость агроценозов к абиотическим и биотическим стрессам).
В результате сложилась парадоксальная ситуация
: отрасль,
базирующаяся на использовании растениями неограниченных
и экологически безопасных ресурсов солнечной энергии, ока-
4
залась не только энергорасточительной, требующей всевозрастающих затрат невосполнимой энергии, но и наиболее
опасной для природной среды.
Анализ вышеуказанных неблагоприятных тенденций в современном сельском хозяйстве со всей очевидностью показывает их масштабность и долговременный характер, а следовательно, и необходимость поиска приоритетов интенсификации, обеспечивающих качественно новый этап его развития
интересах человеческого общества.
Рассмотренные проблемы призвана решать агроэкология
(сельскохозяйственная экология). Агроэкология – это комплексная научная дисциплина, изучающая взаимодействие человека с окружающей средой в процессе сельскохозяйственного производства, влияние сельского хозяйства на природные
комплексы и их компоненты, взаимодействие между компонентами агроэкосистем и специфику круговорота в них ве-
, перенос энергии, характер функционирования агроэко-
ществ
систем в условиях техногенных нагрузок.
Задачи агроэкологии:
1) обеспечение устойчивого производства качественной
биологической продукции;
2) максимальное использование природного биоэнергети-
ческого потенциала агроэкосистем;
3) сохранение и воспроизводство природно-ресурсной базы
аграрного сектора;
4) исключение и минимизация негативного воздействия
сельскохозяйственного производства на окружающую природную среду.
в
Автор
Глава 1
ТИПЫ, СТРУКТУРА И ФУНКЦИИ АГРОЭКОСИСТЕМ
1.1. Понятие «агроэкосистемы»
Сельское хозяйство существенно трансформирует природные комплексы. В результате сформировались разнообразные
антропогенные сельскохозяйственные образования (пашни,
садовые насаждения, луга, пастбища и т.д.), занимающие около трети суши, в том числе почти 1,5 млрд га пашни. Территории, подлежащие ежегодной перепашке, требующие внесения
удобрений, регулярного формирования искусственных (управляемых) фитоценозов, относятся к сельскохозяйственным
разованиям полевого типа. Сады, ягодники, виноградники,
плантации чая и кофейного дерева – садовые образования; они
представляют собой многолетние фитоценозы. Наибольшую
территорию в качестве базы для получения сельскохозяйственной продукции занимают луга и пастбища, простирающиеся
от тропических саванн до субарктической зоны на площади
более 3 млрд га. В этих угодьях процесс формирования
вичной биологической продукции идет естественным путем, и
используется она для получения вторичной биологической
продукции В сфере сельского хозяйства первичным структурным звеном, где, собственно, и происходит взаимодействие
человека с природой, являются функциональные единицы –
aгроэкосистемы (или агробиогеоценозы). Надо, однако, отме-
тить, что данное понятие воспринимается неоднозначно.
К примеру, по мнению
машненные экосистемы. которые во многих отношениях занимают промежуточное положение между природными экосистемами (луга, леса) и искусственными (города). Другой американский агроэколог Р. Митчелл считает, что подобно тому
как морские свинки не являются обитателями моря и представителями отряда парнокопытных, так и агроэкосистемы – не
настоящие
ственные единицы. Во всех агроэкосистемах экономические
соображения влияют на структуру посевов и набор культур.
Некоторые исследователи указывают на то, что роль человека, под управлением которого находится агроэкосистема, настолько значительна, что приходится говорить об артеприрод-
экосистемы, но и не самодовлеющие сельскохозяй-
Ю. Одума, агроэкосистемы – это одо-
об-
пер-
6
ной основе агроэкосистем. Действительно, агроэкосистемы
сходны с урбанизированными и промышленными системами
своей зависимостью от внешних факторов, т.е. от окружающей
среды на входе и выходе системы. Однако в отличие от них
агроэкосистемы по преимуществу автотрофны.
В свете современных представлений агроэкосистемы (агробиогеоценозы) – вторичные, измененные человеком биогеоценозы, ставшие значительными элементарными единицами
биосферы. Их основу составляют искусственно созданные,
как правило, обедненные видами живых организмов, биотические сообщества. Эти сообщества формируют и регулируют
люди для получения сельскохозяйственной продукции. Агроэкосистемы отличаются высокой биологической продукти вностью и доминированием одного или нескольких избранных
видов (сортов, пород) растений или животных. Выращиваемые
культуры и разводимые животные подвергаются
искусственному, а не естественному отбору. Как экологические системы
агроэкосистемы неустойчивы: у них слабо выражена способность к саморегулированию, без поддержки человеком они
быстро распадаются или дичают и трансформируются в естественные биогеоценозы (например, мелиорированные земли –
в болота, насаждения лесных культур – в лес).
Агроэкосистемы с преобладанием зерновых культур суще-
ствуют
не более 1 года, многолетних трав – 3–4 года, плодовых
культур – 20–30 лет, а затем они распадаются и отмирают.
Полезащитные лесные полосы, являющиеся элементами
агроэкосистем, в степной зоне существуют не менее 30 лет.
Однако без поддержки человеком (рубки, ухода, дополнения)
они постепенно дичают, превращаясь в естественные экосистемы, или погибают.
Преобладающая разновидность агроэкосистем – искусственные фитоценозы
: окультуренные (планомерно эксплуатируемые луга и пастбища); полукультурные (непостоянно регулируемые искусственные насаждения – сеяные, многолетние
луга); культурные (постоянно регулируемые многолетние насаждения, полевые и огородные культуры); интенсивно культурные (парниковые и оранжерейные культуры, гидропоника,
аэропоника и другие, требующие создания и поддержания особых почвенных, водных и воздушных условий).
Управление агроэкосистемой
осуществляется извне и под-
чинено внешним целям.
7
1.2. Типы и структура агроэкосистем
В отличие от индустриальных или урбанизированных экосистем первоначальный процесс формирования агроэкосистемы из естественной экосистемы прост. Условно говоря, достаточно разрыхлить поверхность почвы и заложить необходимые для будущего урожая семена, предварительно уничтожив
в определенной степени естественную растительность. Но и
при таком весьма примитивном преобразовании естественной
экосистемы ощутимо меняется круговорот
сле распашки территории активизируются процессы массообмена, проявляющиеся в интенсификации круговорота биогенных элементов.
Если рассматривать агроэкосистему условно как соединение
естественной экологической системы и антропогенной энергии,
то следует отметить, что удельные затраты энергии в доиндустриальном сельском хозяйстве были сравнимы с энергопотоками в естественных экосистемах. В
зяйстве энергопотребление намного выше, что в конечном итоге
уравнивает его по степени влияния на окружающую природную
среду с иными антропогенными воздействиями. Как отмечалось, природные экосистемы и агроэкосистемы сходны по автотрофности. Но при этом природная экосистема представляет собой область с замкнутым циклом и элементов питания, и
вичной продукции, т.е. потоки вещества реализуются преимущественно внутри системы, а вынос их почти отсутствует.
Агроэкосистемы же создаются для преимущественного выноса
продукции из системы, причем иногда за тысячи километров от
первоначального источника формирования данной продукции.
Биотическое сообщество природной экосистемы разнообразнее, чем в агроэкосистеме, и полнее использует доступное
ей пространство ниши. Характеристики отдельных индивидуумов (генетика, возраст, состояние) внутри определенного
вида имеют тенденцию к изменению в природных экосистемах, но относительно постоянны в агроэкосистемах. Природные экосистемы более непрерывные в пространстве и во времени; основная часть полученной в них продукции используется для различных целей в данных экосистемах
продуктов продовольствия из агроэкосистем лимитирует использование полученной продукции внутри этих систем и делает их за висимыми от затрат материалов и труда человека.
интенсивном сельском хо-
веществ. Так, по-
пер-
. Экспорт
8
С одной стороны, агроэкосистемы – естественно-материальный источник производства, а с другой – объект и результат целенаправленной деятельности человека. Каково же
соотношение этих двух сторон и как оно меняется под влиянием интенсификации сельскохозяйственного производства?
Как предмет изучения и управления агроэкосистема представляет собой вполне определенную материальную систему со
сложной совокупностью
активных экологических взаимосвязей, которые реализуются в результатах производственной деятельности и условиях воспроизводства природного потенциала.
Агроэкосистемы, как и естественные экосистемы, состоят
из множества взаимосвязанных биологических, физических и
химических компонентов. Любая группа компонентов, между
которыми установились функциональные связи, образует систему (система характеризуется взаимообусловленностью
компонентов, а не их суммой, набором).
Правомерно полагать,
что агроэкосистемы являются особой формой материального
мира с определенной совокупностью (как правило, заданной)
экологических, экономических и социальных явлений.
Отсутствие общепринятой классификации агроэкосистем
восполняется в известной мере типизацией структур земледелия, применяемой ФАО. Согласно этой типизации, выделено
пять видов землепользования, по каждому из которых классифицированы агроэкосистемы.
1. Земледельческое, или
полевое, – богарные, орошаемые
агроэкосистемы (ротации зерновых, бобовых, кормовых, овощных, бахчевых, технических и лекарственных культур).
2. Плантационно-садовое – плантационные агроэкосистемы (чайный куст, дерево какао, кофейное дерево, сахарный
тростник), садовые агроэкосистемы (плодовые сады, ягодники, виноградники).
3. Пастбищное – пастбищные агроэкосистемы (отгонные
пастбища: тундровые, пустынные, горные; лесные пастбища;
улучшенные пастбища: сенокосы,
окультуренные луга).
4. Смешанное – смешанные агроэкосистемы, характеризующиеся равнозначным соотношением и сочетанием нескольких видов землепользования, а также процессов получения
как первичной, так и вторичной биологической продукции.
5. Землепользование в целях производства вторичной биологической продукции – агропромышленные экосистемы (территории интенсивного «индустриализированного» производства молока, мяса, яиц и другой продукции на
основе преобладающих
процессов снабжения системы веществом и энергией извне).
9
В процессе формирования, развития и эксплуатации агросистемных образований принципиально важно учитывать
естественное плодородие почв и условия его воспроизводства.
Можно выделить три базовых типа агроэкосистем: природоемкий, природоохранный и природоулучшающий.
Природоемкие агроэкосистемы характеризуются неполным
воспроизводством естественного плодородия, что приводит
к падению его уровня.
Для природоохранного типа агроэкосистем характерны
простое воспроизводство естественного
плодородия и, как
следствие, сохранение его уровня.
Природоулучшающий тип направлен на расширенное вос-
производство и повышение уровня естественного плодородия.
В последнее время доминирует природоемкий тип. Пропорционально типу воспроизводства почвенного плодородия
меняется эффективность привносимой в агроэкосистемы антропогенной энергии.
Почва – это базис для создания любой агроэкосистемы,
своеобразное средоточие процессов видоизменения
веществ и
трансформации потоков энергии, главное звено управления
агроэкосистемами.
Физико-химические процессы, происходящие в агроэкосистемах, как известно, существенно отличаются от таковых в
естественных экосистемах вследствие привнесения элементов
антропогенного регулирования. Принципиальное отличие
даже упрощенных агроэкосистем от естественных заключается в преимущественном выносе с урожаем питательных веществ, аккумулируемых в выращенной продукции
. Это явный
отличительный признак агроэкосистем, но он не единственный. Почвенное плодородие, определяемое в основном запасами гумуса, является не только главной экономической и экологической характеристикой агроэкосистемы. Уменьшение содержания гумуса ухудшает условия развития полезной микрофлоры, в том числе и «почвоочистительной», приводит к
утрате запасов внутрипочвенной энергии, элементов
минерального питания, к усилению процессов смыва и вымывания,
т.е. обусловливает деградацию базиса.
Некоторые процессы в агроэкосистемах происходят не так,
как в природных системах. Например, скорость инфильтрации
воды в природных экосистемах выше, что существенно снижает и поверхностный сток, и вероятность развития эрозии
10
Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]