Типы организации агроэкосистем
3. Типы организации агроэкосистем
Естественные экосистемы выполняют три основные жизнеобеспечивающие функции (место, средство, условия жизни). Агроэкосистемы в отличие от них формируются для получения максимально возможного количества продукции, служащей первоисточником пищевых, кормовых, лекарственных и сырьевых ресурсов, т. е. функции агроэкосистем в основном ограничиваются предоставлением средств жизни. В этом главная причина преобладания ресурсоемкого и природоразрушающе-го типов агросистем. Перспектива же за природосообразными агроэкосистемами. Добиться этого можно лишь при выполнении агроэкосистемами в полной мере функций воспроизводства и сохранения условий жизни. Формирование агроэкосистем должно отвечать главному требованию — они должны быть природоохранными. Последовательная реализация экологической функции, поддерживающей благоприятные условия среды для человека, органической и неорганической частей агроэкосистемы и сопредельных территорий, является столь же важной, как и производство средств жизни. Пока что традиционно сохраняется разделение единого процесса производства биопродукции на два соподчиненных блока: непосредственно процесс производства и процесс уборки, транспортировки, переработки, хранения и потребления продукции. На каждой стадии возможно возникновение негативных экологических последствий, что требует специфических охранных мероприятий. Современные агроэкосистемы включают сложные взаимосвязанные материально, энергетически, экономически и экологически процессы производства биологической продукции. При этом обеспечиваются воспроизводство естественного ресурсного потенциала и эффективное использование антропогенных субсидий энергии.
Научно обоснованная организация агроэкосистем предусматривает создание рациональной природной и природно-хозяйственной инфраструктуры (дороги, каналы, лесные насаждения, сельскохозяйственные угодья и др.), адекватной особенностям местного ландшафта и хозяйственного пользования территорией в целом.
Организация агроэкосистем должна быть приближена к контурам природных комплексов, что достигается оптимизацией агроландшафта.
Сельскохозяйственное производство подразделяется на растениеводство (его ведущей формой выступает земледелие) и животноводство. Растениеводство — отрасль сельского хозяйства, включающая возделывание культурных растений для обеспечения населения продуктами питания; животноводство — кормами, многих отраслей промышленности — сырьем. Включает полеводство, овощеводство, плодоводство, виноградорство, луговодство, цветоводство, лесоводство.
Все многообразие систем земледелия можно разделить на два больших класса: химико-техногенный и ландшафтно-адаптивный. В первом классе ведущую роль играет энергоемкость и материалоемкость производства, химизация (минеральные удобрения, пестициды). Во втором ведущая роль принадлежит гибкому планированию в пространстве и во времени в соответствии с неоднородностью почв, рельефа, ландшафтных условий. Приоритетным является применение биологических и биоценотических приемов интенсификации, максимальное использование органических отходов, почвоулучшающих компонентов севооборотов, разработка систем машин и механизмов с минимальным травматическим воздействием на почву; сведение к минимуму химических влияний на почвы, поверхностные и грунтовые воды.
Эти два класса систем земледелия объединяются в один при осуществлении комплексных мелиорации сельскохозяйственного назначения, базирующихся на концепции программированных урожаев. Ее основные положения были разработаны еще в 70-е годы XX в. И. С. Шатиловым, Б. С. Масловым, Н. С. Петиновым, А. И. Усковым, В. В. Шабановым и др. Базовым понятием выступает «агробиогеоценоз» — антропогенные природные системы с блоками контроля, регулирования и управления.
Создание высокопродуктивных сочетаний сельскохозяйственных культур -один из реальных и действенных путей повышения продуктивности и эффективности затрат в агроэкосистемах. Смешанные и совместные посевы можно использовать в агроэкосистемах при высоком уровне механизации работ. Сельскохозяйственные культуры высевают чередующимися полосами или рядами, а также подсевают в междурядья зерновых. В районах с умеренным климатом используют различные комбинации культур: горох и сою с овсом и кукурузой, сою и фасоль с кукурузой, сою с пшеницей, горох с подсолнечником, рапс с кукурузой. При оптимальном подборе злаковых и бобовых компонентов существенно повышаются продуктивность посевов, выход белка, причем не только за счет зерна бобовых, но и за счет повышения содержания белка в зерне злаковых, которые используют азот, фиксируемый бобовой культурой.
Многочисленными исследованиями отечественных и зарубежных ученых конкретизированы оптические свойства почти 1500 видов растений (мезофитов, ксерофитов, гигрофитов и суккулентов травянистых, кустарниковых и древесных форм) и получена средняя спектральная кривая поглощения лучистой энергии. Согласно установленному распределению наименьшее поглощение лучистой энергии «средним» листом (до 20 %) наблюдается в диапазоне длины волн 0,75...1,30 мкм, а наибольшее (70 % и более) —в диапазонах 0,30...0,70; 1,80...2,10 и 2,23...2,50 мкм. Энергетический баланс экосистем, меняющийся в зависимости от климатической зоны, объективно обусловливает формирование у экосистем приспособленности к «оптимальному» поглощению лучистой энергии, возможному в конкретных условиях. Адаптированность энергетического баланса экосистемы, соответствующая энергозатратам на теплообмен и транспирацию, повсеместно определяет продукционную эффективность как естественных, так и искусственных ценотических образований.
Рекомендуемые материалы
Энергетические особенности различных природных зон планеты позволяют выделить 5 основных (глобальных) типов агроэкосистем.
Тропический тип характеризуется высокой обеспеченностью теплом, способствующей непрерывной вегетации. Земледелие базируется главным образом на основе функционирования агроэкосистем с преобладанием многолетних культур (ананасы, бананы, какао, кофе, многолетний хлопчатник и др.). Однолетние культуры дают несколько урожаев в год. К особенностям этого типа агросистем относится потребность в непрерывном вложении антропогенной энергии в связи с постоянным в течение года проведением полевых работ. Агроэкосистемам этого типа присуща фактически равнозначность естественного и антропогенного процессов мас-со- и энергообмена.
В агроэкосистемах субтропического типа интенсивность антропогенных потоков веществ и энергии меньше; проявляются дискретность и дисперсность этих потоков. В основном характерно наличие двух вегетационных периодов — летнего и зимнего. Произрастают многолетние растения, которые имеют хорошо выраженный период покоя (виноград, грецкий орех, чай и др.). Однолетние растения летнего периода представлены кукурузой, рисом, соей, хлопчатником, зеленными и т. д.
Агроэкосистемы умеренного типа характеризуются лишь одним (летним) вегетационным периодом и продолжительным («нерабочим») периодом зимнего покоя. Очень высокая потребность во вложении антропогенной энергии приходится на весну, лето и первую половину осени.
Земледелие в агроэкосистемах полярного типа носит очаговый характер. Агроэкосистемы существенно ограничены территориально и по видам возделываемых культур (листовые овощи, ячмень, некоторые корнеплоды, ранний картофель).
Агроэкосистемы арктического типа в открытом грунте отсутствуют. Возделывание культурных растений исключено из-за очень низких температур теплого периода: в летние месяцы бывают длительные похолодания с отрицательными температурами. Возможно использование закрытого грунта.
На территории Казахстана главенствующими являются агроэкосистемы умеренного типа.
Последствия техногенеза. Агроэкологические системы, ставшие неотъемлемой составной частью современной биотехносферы, испытывают, как и естественные ценозы, постоянные техногенные воздействия, подвергаются влиянию различных загрязнений локального, регионального и глобального характера. Как отмечалось, загрязнения представляют собой систему помех, нарушающих процессы массо- и энергообмена. В агроэкологических системах это проявляется в изменении количественных и качественных характеристик составляющих их природных компонентов, снижении устойчивости и падении продуктивности возделываемых культур. В результате усложняется (и подчас существенно) достижение целевой функции — стабильного производства сельскохозяйственной продукции.
Простейшим примером формирования и последующего проявления техногенных процессов может служить следующий пример: в районе источника интенсивных газопылевых выбросов по степени деградации растительного покрова отчетливо выделяются зоны:
1. с отсутствием растительности или сильным ее угнетением (зона «техногенной пустыни»);
2. среднего угнетения;
3. слабого угнетения
4. неповрежденная (фоновая).
Зона активного загрязнения может простираться на 5... 10 км, а нередко и на несколько десятков километров. Так, в зоне действия предприятий Норильского горнометаллургического комбината значительные изменения состояния и состава естественного фитоценоза обнаруживаются на расстоянии до 60...70 км от источника техногенных выбросов.
Если же обратиться к агроэкосистемам, то можно отметить следующее. Последствия техногенеза отрицательно сказываются на состоянии почв. Например, число дождевых червей в пахотном слое почвы зависит от удаления от источника выброса и направления. На расстоянии до 600 м в пахотных слоях черви практически полностью отсутствуют, на протяжении 1500 м их численность значительно снижена. Это свидетельствует об «омертвлении» почвы.
При скармливании на протяжении двух лет (в общей сложности 37 нед) лактирующим коровам загрязненных кормов удои по сравнению с удоями животных, получавших только промытые корма, были в среднем на 19,8% ниже. При использовании загрязненных кормов наблюдалось снижение прироста массы у крупного рогатого скота на 19,4...37,5 %.
Обратите внимание на лекцию "Преступление и наказание".
Центральное место в агроэкосистемах занимают продуценты (автотрофное звено), представляемые широким набором культивируемых растений. Именно в этом звене в значительной мере непосредственно и опосредованно депонируются продукты техногенеза, прежде всего газопылевые выбросы.
Различают невидимые воздействия загрязнений на растительность и видимые повреждения.
К основным невидимым воздействиям относятся: загрязнение растительного материала газообразными или твердыми компонентами вредных веществ, которые поглощаются частями растений, скапливаясь внутри или прилипая (некоторые компоненты, будучи неопасными для растений или отдельных их органов, при дальнейшем использовании растительного материала могут оказаться токсичными); реакции в растительном обмене веществ, проходящие в течение короткого времени (например, при высокой концентрации ингредиентов-загрязнителей), они представляют собой скрытое предварительное воздействие, которое в сочетании с другими факторами среды усиливает негативный эффект; структурные изменения внутри клеток.
К внешним, в той или иной степени выраженным изменениям относятся следующие: загрязнения (например, от сажи, летучей золы, цементной пыли, оксида железа и др.), особенно на шероховатых, покрытых волосками, клейких или влажных частях растений; прилипающая пассивная пыль (до образования корки при определенных условиях); прилипающая токсичная пыль, содержащая РЬ, Аз или Р; некроз, проявляющийся в изменении цвета или ожогах на листьях и хвоинках или других частях растений в результате воздействия SО2, НР, SО3, НСL; некротические изменения цвета кончиков или краев листьев или частей хвоинок, межреберных полей листьев или некроз всего листа (хвоинки); верхушечный некроз на плодах под действием НР; преждевременный опад листьев или хвоинок; депрессия роста функционально важных или предназначенных для использования частей растений в результате снижения ассимиляции (например, очень маленькие листья или хвоинки, уменьшение зеленой массы, урожая плодов, выхода древесины); потери зеленой массы из'-за некроза или преждевременного опадения листвы, а также вследствие нарушения роста корневой системы из-за попавших в землю токсичных веществ.
Действие загрязняющих веществ на растения зависит от их вида и концентрации, длительности воздействия, относительной восприимчивости видов или отдельных растений к дымам и газам, стадии физиологического развития, в которой находится растение или его часть. Ведущие факторы — концентрация и продолжительность воздействия вредных ингредиентов.
Сельскохозяйственные растения обладают разной устойчивостью к токсикантам. Хроническое воздействие некоторых токсичных газов, оцениваемое по снижению продуктивности или других функций растений, в разной степени опасно для различных культур.