Добавил:
ivanov666
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз:
Предмет:
Файл:Агроэкология. Учебное пособие
.pdf
земель. Требуется также учитывать биологические особенности имеющегося набора культур, чтобы обеспечить повышение их урожайности при одновременном сохранении плодородия почв. Практическую реализацию этого принципа следует
рассматривать как необходимое условие формирования устойчивых агроэкосистем. Вышесказанное наглядно подтверждают данные, представленные в табл. 15.1, 15.2 и 15.3.
Таблица 15.1. Урожайность основных сельскохозяйственных культур
в зависимости от условий рельефа, т/га (А.А. Варламов, С.Н. Волков, 1991)
Коэффициент
расчлененно-
сти, км/км
2
Озимая
пшеница
Ячмень
Сахарная
свекла
Кукуруза
(зеленая
масса)
0,3–0,4 2,44 2,27 28,7 31,2
0,7–0,8 2,15 2,04 26,1 24,6
1,1–1,2 1,97 1,88 25,6 27,9
1,5–1,6 1,74 1,65 22,4 25,7
Таблица 15.2. Сравнительная пригодность почв для возделывания
сельскохозяйственных культур (А.А. Варламов, С.Н. Волков, 1991,
с изменениями)
Почвы по гранулометрическому составу
стые
тяжело-
глини-
стые
Культура
песча-
ные
супесча-
ные
легкосугли-
нистые
сугли-
нистые
тяжело-
сугли-
нистые
глини-
Пшеница 0233321
Рожь 2333332
Овес 1333332
Ячмень 1333321
Просо 1333321
Кукуруза 0333321
Гречиха 1333221
Картофель 0333321
Лен 0123321
Свекла 0233321
Капуста 0233321
Морковь 1332321
Степень пригодности почв для возделывания культур: 0 – размещение
противопоказано; 1 – в благоприятные годы можно получить неплохой урожай; 2 – неплохие почвы; 3 – наилучшие почвы.
221
для
выпаса
на
корм
зеленый
Травы, в том числе
сеннаж
на сено,
ные
Силос-
ная
свекла
Сахар-
Лен
фель
Карто-
Степень пригодности для возделывания сельскохозяйственных культур
Зерно-
вые
Почвоохранные
21011 2 2 0
Таблица 15.3. Сравнительная пригодность антропогенно-обусловленных участков для возделывания
сельскохозяйственных культур с учетом природоохранных ограничений (А.А. Варламов, С.Н. Волков, 1991)
222
Зоны антропогенного воздействия
Осушенные торфяники:
1–2 м 31010 3 3 1
до 1 м 20000 3 3 2
более 2 м 32020 3 3 1
Почвы с маломощным гумусовым горизонтом 21111 3 3 2
Почвы легкого гранулометрического состава,
подверженные дефляции
Почвы, подверженные водной эрозии:
в средней степени 21211 2 2 1
в слабой степени 32322 3 3 2
в сильной степени 10100 2 2 0
Водоохранные
10000 2 2 2
водозабора
2-й пояс зоны санитарной охраны подземного
10000 2 2 0
2-й пояс зоны санитарной охраны открытого
водозабора
Водоохранные зоны малых рек 22222 3 3 2
11211 2 0 0
Территории загрязняемые
стоками животноводческих комплексов и
Прибрежные полосы малых рек 00000 2 2 0
ферм
10301 1 0 0
выбросами промышленных объектов 21311 2 1 0
выхлопными газами (вдоль автодорог с интен-
сивным движением)
0 – непригодные; 1 – малопригодные; 2 – пригодные; 3 – наиболее пригодные.
223
4. Принцип приоритета фитомелиорации. При формировании почвоохранных, самовосстанавливающихся и самоочищающихся агроландшафтов и агроэкосистем ведущая
роль должна принадлежать фитомелиорации, что соответствует одному из важнейших законов земледелия – закону минимума (поскольку ограничивающим фактором часто является
дефицит почвенной влаги, а растительная мелиорация способствует формированию более устойчивого влагооборота в
агроэкосистемах).
учетом сказанного, практическая задача организации тер-
С
ритории агроландшафта заключается в определении разумного соотношения между полем, лугом и лесом в увязке с другими компонентами.
5. Принцип пространственного и видового разнообразия. Аг-
роэкосистемы следует создавать с учетом требования пространственного и видового разнообразия среды. Это соответствует
существующей закономерности, согласно которой, чем
разнообразнее и сложнее структура агроландшафта, тем выше его
устойчивость, способность противостоять различным внешним
воздействиям. Например, сохранение естественных компонентов улучшает микроклимат, способствует увеличению численности животных, в частности птиц, питающихся насекомыми.
Ландшафты, характеризующиеся большим видовым разнообразием, лучше самовосстанавливаются и самоочищаются, поскольку сложная мозаичность их строения способствует поддержанию устойчивости, а также природного и природно-антропогенного равновесия. Под природным равновесием понимают
первичное экологическое равновесие природной системы, сложившееся на основе баланса неизмененных или малоизмененных человеком компонентов среды и природных процессов.
Природно-антропогенное равновесие – вторичное экологическое
равновесие, образующееся на основе баланса измененных человеком компонентов среды и природных
процессов.
6. Принципы оптимизации структуры и соотношения зе-
мельных угодий. При землеустройстве агроландшафтов для
определенного сельскохозяйственного региона землепользования в соответствии с местными природными условиями устанавливают экологически и экономически обоснованные структуру и соотношение размеров площадей пашни, лугов, леса и
вод. Проблема рационального соотношения естественных и
искусственных экосистем, несомненно,
является одной из
ключевых. По этому поводу сложились различные суждения.
224
Экологическое равновесие наблюдается тогда, когда процентное соотношение между площадями естественных и преобразованных экосистем составляет 60 : 40. Существует и такое мнение, что в агроландшафтах леса, луга, водные пространства должны занимать не менее 30 % общей площади.
В целом же данная проблема требует серьезных дальнейших проработок. Необходимы дифференциация соответствующих соотношений по
мики вещественно-энергетических потоков при тех или иных
структурах и соотношениях площадей естественных и преобразованных экосистем и т.д. Заслуживает также внимания разработка норм оптимального сочетания биотических составляющих ландшафта и технологических условий территории.
географическим районам, изучение дина-
15.2. Оптимизация структурно-функциональной
организации агроэкосистем
Целевая установка сельского хозяйства объективно направлена на получение максимума биологической продукции. Сообразно этому развиваются (и будут развиваться) аграрные
производственные системы. Между тем сугубо технократический подход к необходимому процессу интенсификации производства в аграрном секторе вступил, как известно, в серьезное противоречие с возможностями поддержания природноантропогенного равновесия. В
цип бумеранга в виде негативных последствий интенсификации
для экологического состояния и продуктивности сельскохозяйственных угодий. Так, в районах сплошной распашки земель и неоднократного проведения химических обработок посевов ощущается столь существенный недостаток энтомофагов (насекомоядных организмов) и опылителей, что возникает
угроза существованию природных биоценозов, формированию урожая культурных растений.
Новейшие достижения экологии позволяют совершенствовать существующие и разрабатывать новые методы ведения
сельскохозяйственного производства, выявляя в растениеводстве и животноводстве дополнительные резервы для стабилизации агроландшафтов.
Важное условие экологизации сельского хозяйства – использование биоценологических экосистемных принципов.
От практики поддержания на полях только продуцентов –
конечном счете сработал прин-
225
культурных растений – следует переходить к более полному
и активному использованию в агроценозах естественных регуляторных механизмов.
В первую очередь необходимы анализ и учет ландшафтноэкологических особенностей конкретной территории. Создаваемые агроландшафты функционируют в соответствии с природными закономерностями данного района. Основой для анализа ландшафтной нео днородности и изменчивости земельно-
фонда в процессе его сельскохозяйственного использования
го
служат материалы количественного и качественного учета состояния агроэкосистем.
Однако пока что степень изученности почвенных условий в разных ландшафтах неодинакова. Кроме того, слаба
обеспеченность аграрного сектора базовыми природными
картами (геоморфологической, почвенной, геоботанической,
ландшафтной).
Ландшафтно-экологический анализ агроландшафта должен
основываться на знании его морфологических компонентов
(типологическом картографировании) и региональных различий (районировании), а также на учете многочисленных взаимосвязей (баланса веществ и энергии). Особенно важно, чтобы хозяйственные нагрузки на ландшафт планировались в соответствии с его природной структурой. В противном случае
несоответствие сложившейся специализации сельского хозяйства потенциальным ресурсным возможностям ландшафта
приводит к возникновению
и развитию негативных процессов,
к нарушению природно-антропогенного равновесия, особенно
в ландшафтах с неустойчивым природным равновесием.
Наряду с влиянием антропогенных факторов нужно учитывать и естественные тенденции развития ландшафтов,
возможности проявления неблагоприятных для сельского хозяйства природных процессов. Последние воздействуют медленнее, но масштабнее (изменение климата, сейсмичность,
процессы эрозии и
др.). Рациональным можно считать такое
воздействие, при котором обеспечивается правильный ресурсооборот, расширенное воспроизводство возобновляемых ресурсов ландшафта (повышение плодородия почвы, продуктивности естественных и культурных фитоценозов и др.). Анализ
ландшафтной неоднородности и изменчивости – многоступенчатая система подходов к раздельной оценке природных компонентов и всего ландшафтного комплекса.
226
В агроэкосистемах происходят как изменение отдельных
биотических компонентов, так и трансформация системы в
целом. При этом нарушаются ее внутренняя структура и функционирование, обеспечивающие определенную устойчивость
с помощью различных механизмов самоорганизации и самовоспроизводства. Для определения происходящих и возможных изменений перспективна разработка интегральных пара-
метров, характеризующих структурно-функциональную организацию
агроэкосистем по их биотическому компоненту.
Такого рода характеристики отражают процессы создания,
использования, разрушения и остаточного накопления биотической продукции различных категорий (первичной, вторичной, остаточной, мертвой), а также некоторые этапы круговорота веществ, вовлеченных в биологическиe циклы.
Определение основных показателей систем и их функционирования позволяет исследовать происходящие в них
внутренние процессы формирования первичной продукции и ее
последующего потребления и разложения. Взаимодействие с
абиотическими компонентами обусловливает круговорот питательных элементов и потоки энергии. Использование экосистемного подхода предполагает, что анализируемый сельскохозяйственный объект состоит из взаимодействующих компонентов, образующих систему с характерными для данного
уровня организации свойствами.
Агроэкосистема имеет определенный
состав, структуру и
режим, которые поддерживаются и регулируются человеком.
При отсутствии контроля с его стороны агроэкосистемы постепенно теряют свои свойства. Естественно, что без знания
структуры и функционирования агроэкосистем на балансововещественно-энергетическом уровне нельзя предпринимать
какие-либо меры по управлению ими: они могут оказаться не-
состоятельными и даже вредными.
Функции экосистем целесообразно анализировать в следующих направлениях: потоки энергии; пищевые цепи и сети;
структура пространственного разнообразия; круговороты питательных элементов (биогеохимических); развитие и эволюция.
Агроэкосистемы – природные системы, измененные под
воздействием соответствующих технологических и социальных факторов. Создание агроэкосистем преследует в первую
очередь экономическую цель – устойчивое производство
сельскохозяйственной продукции. При этом
достаточно оче-
видна необходимость гармоничного сочетания экономиче-
227
ских интересов с экологическими требованиями. По существу, управление сельским хозяйством адекватно управлению
агроэкосистемами.
Основным организующим началом в любой агроэкосистеме
является взаимодействие между производством и потребле-
нием. Поскольку агроэкосистемам свойственны те же внутренние регулирующие механизмы, что и природным экосистемам,
поддержание самоорганизующихся процессов в агроэкосистемах способствует снижению ве щест венно-энергетических
затрат на внешние (антропогенные) регулирования. Взаимодействия на трофическом уровне могут быть упорядочены посредством влияния на цепи питания. При этом основное внимание
следует уделять физиологическим аспектам, процессам роста и
развития, переносу энергии, круговороту питательных веществ,
а также регулированию рождаемости и смертности популяций.
Регулирование продукционного процесса, направленное на
повышение
продуктивности и устойчивости агроэкосистем –
задача первостепенной важности. Интенсификация сельско-
хозяйственного производства на экологических началах – процесс многоплановый, что предопределяет возможность применения нескольких принципиально различных и взаимодополняющих подходов.
Один из них – перестройка структуры фитоценозов. Например, вместо традиционных одновидовых посевов можно
внедрять поликультурные посевы, основываясь на принципе
дифференциации растений по
экологическим нишам. Такие
поля более выгодны энергетически. На них можно получать
разнообразные и неоднократные урожаи в течение вегетационного периода. Наряду с продуктивностью при этом обеспечивается высокая устойчивость посевов.
Перспективно также применение севооборотов с формиро-
ванием горизонтальной ротации культур. В данном случае
создается пространственно-разнородный агрофитоценоз, который может
поддерживать постоянный резерв разнообразных
энтомофагов.
Эффективно и рационально также использование много-
летних плодосмен, организованных по типу протекания сукцессии, – от однолетних до древесных культур. Это позволяет
меньше вмешиваться в жизнь почвы, беречь ресурсы, максимально использовать естественные восстановительные процессы, что особенно актуально при вовлечении в хозяйственный оборот нарушенных
площадей.
228
Следует учитывать, что устойчивость к сорнякам выше не
у максимально выравненных по генетическим качествам, а у
гетерогенных сортов хозяйственных видов. По этой причине
основным принципом биологической борьбы с сорняками должен стать максимальный захват культурными растениями экологических ниш во времени и в пространстве. Важную роль
играет развитие методов экологической инженерии
ре экотипов и жизненных форм растений для конструирования
фитоценозов длительного пользования.
На уровне агроценопопуляций оптимизацию агроэкосистем можно проводить путем изменения ряда экологических
показателей: плотности и пространственного размещения;
фенологических характеристик – дружности всходов и интенсивности их развития в первые недели (с использованием биофизических методов предпосевной обработки, а
сроков посева); дифференциации агроценопопуляций благодаря подбору смеси сортов, обеспечивающему максимальное использование пространства и ресурсов (возможно повышение
гетерогенности популяций на фенотипической основе).
при подбо-
также выбора
15.3. Современные представления
об устойчивости 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 биосфере, и в поддержании ее устойчивости.
Исходя из рассмотренных ранее общих принципов организации и оптимизации агроландшафтов и агроэкосистем, можно
заключить, что обеспечение
серьезного внимания.
Категория «устойчивость экосистемы» имеет основопола-
гающее значение для оценки современных и перспективных
систем земледелия, практических мер по управлению агроэкосистемой, а также эффективности реконструкции существующих и создания новых агроэкосистем. Естественно, что результаты такого рода оценки зависят от смысла, вкладываемого в понятие «устойчивость»,
но, в современной литературе трактуется по-разному.
устойчивости последних требует
которое, что весьма существен-
229
Устойчивость агроэкосистем – это свойство систем сохранять и поддерживать значение своих параметров и структуры в
пространстве и во времени, качественно не изменяя характер
функционирования. Агроэкосистема представляет собой трансформированную в результате хозяйственной деятельности человека часть наземной экосистемы. Структуру и функционирование ее регулируют с помощью дополнительного введения
вещества (удобрения, пестицидов
, мелиорантов) 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 данному 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 выбрасывать его,
увеличивая загрязнение окружающей среды, обусловленное
промыш ленностью 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 разложе-
230
Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]