Вопрос 3. Энергопотребление, функционирование и биопродуктивность агроэкосистем

Известно, что каждую минуту на 1 см²верхнего слоя земной атмосферы поступает 2 калории солнечной энергии, так называемая солнечная постоянная,или солнечная константа.Использование растениями световой энергии относительно невелико. Только небольшая часть солнечного спектра, так называемая ФАР (фотосинтетически активная радиация с длиной волны 380-710 нм, 21-46% солнечной радиации), используется в процессе фотосинтеза. В зоне умеренного климата на сельскохозяйственных землях КПД фотосинтеза не превышает 1,5—2%, а чаще всего он равен 0,5%.

В развивающемся мировом сельском хозяйстве различаются по количеству поступающей и используемой человеком энергии и ее источнику несколько типов экосистем (М.С. Соколов и др., 1994).

Естественные экосистемы. Единственным источником является энергии солнечного излучения. Приток энергии в среднем 0,2 ккал/см²год.

Высокопродуктивные естественные экосистемы. Кроме солнечной, используются другие естественные источники энергии. К ним относятся лиманы, дельты крупных рек, влажные тропические леса и другие естественные экосистемы, обладающие высокой продуктивностью. Здесь органическое вещество, синтезируемое в избытке, используется или накапливается. Приток энергии в среднем 2 ккал/см²год.

Агроэкосистемы, близкие к естественным экосистемам. Наряду с солнечной энергией используются энергетические субсидии, создаваемые человеком. Сюда относятся системы сельского и водного хозяйства, которые производят продовольствие и сырье. Приток энергии в среднем 2 ккал/см²год.

Агроэкосистемы интенсивного типа. Существование экосистем этого типа связано со значительными энергетичексими субсидиями. Они более продуктивны в сравнении с предыдущим типом. Приток энергии в среднем 20 ккал/см²год.

Разновременность развития растений в естественной (природной) экосистеме и одновременность их развития в агроценозе приводят к различному ритму продукционного процесса. Ритм продукционного процесса, например, в естественных лугопастбищных экосистемах, задает ритм деструкционным процессам или определяет скорость минерализации растительных остатков и время ее максимальной и минимальной интенсивности. Ритм деструкционных процессов в агроценозах в значительно меньшей степени зависит от ритма продукционного процесса, ввиду того, что наземные растительные остатки поступают на почву и в почву на короткий промежуток времени, как правило, в конце лета и в начале осени, а их минерализация осуществляется главным образом на следующий год.

Для достижения своих целей человек в значительной мере изменяет или контролирует влияние природных факторов на агроценоз. Дает преимущества в росте и развитии, главным образом компонентам, которые продуцируют пищу. Основная задача в связи с этим - найти условия повышения урожайности при минимализации энергетических и вещественных затрат, повышении почвенного плодородия. Решение данной задачи состоит в наиболее полном использовании агрофитоценозами природных ресурсов и создании скомпенсированных циклов химических элементов в агроценозах. Полнота использования ресурсов определяется генетическими особенностями сорта, продолжительностью вегетации, неоднородностью компонентов в совместных посевах, ярусностью посева и т. д.

Самый строгий контроль состояния агроэкосистем, который требует значительных затрат энергии, можно осуществить только в закрытом пространстве. К данной категории относят полуоткрытые системы с весьма ограниченными каналами сообщения с внешней средой (теплицы, животноводческие комплексы), где регулируются и в значительной степени контролируются температура, радиация, круговорот минеральных и органических веществ. Это -управляемые агроэкосистемы.Все другие агроэкосистемы - открытые.Со стороны человека эффективность контроля тем выше, чем они проще.

В полуоткрытыхи открытыхсистемах усилия человека сводятся к обеспечению оптимальных условий роста организмов и строгому биологическому контролю за их составом. Исходя из этого возникают следующие практические задачи:

во-первых, по возможности, полное устранение нежелательных видов;

во-вторых, отбор генотипов, обладающих высокой потенциальной продуктивностью.