Лекции по агроэкологии

Подождите немного. Документ загружается.

Глава 22

ОПТИМИЗАЦИЯ АГРОЛАНДШАФТОВ И ОРГАНИЗАЦИЯ УСТОЙЧИВЫХ АГРОЭКОСИСТЕМ

22.1. ОБЩИЕ ПОЛОЖЕНИЯ

Экологическая безопасность требует учета всех факторов, определяющих уровень жизни, а

значит, и долголетие человека. В ее обеспечении существенную роль играет комплекс

средств, которые выбирает общество для управления качеством окружающей среды как на

национальном, так и на международном уровне. При этом следует иметь в виду, что система

экологической безопасности прежде всего предусматривает охрану здоровья человека,

сохранение, развитие и обеспечение его духовного мира, а также охрану окружающей чело-

века природной среды. Основным условием решения этой проблемы является придание

устойчивого развития всем объектам биосферы, в том числе и человеческому сообществу.

При неустойчи-

вом развитии в конечном итоге формируются неблагоприятные деградацион-ные процессы.

Поэтому несомненно, что разработка методов управления устойчивым развитием природных

комплексов является неотъемлемым условием создания надежных систем жизнеобеспечения.

Согласно сложившимся определениям экосистема — это совокупность живых организмов в

неорганической среде их обитания, занимающих определенное пространство и способных к

саморегуляции. Абиотические компоненты экосистемы представлены собственно почвой

(многофазная гетерогенная система), растительным опадом, остатками микроорганизмов и

мезофауны. Биотическая часть экосистемы состоит из первичных продуцентов — автотрофов

и консументов — гетеротрофов и сап-

434

ротрофов, которые разлагают растительные и животные остатки до уровня исходных

неорганических веществ, выполняя одновременно роль вторичных продуцентов. Все

экосистемы, как известно, характеризуются наличием потоков энергии; трофических цепей;

структур пространственно-временного разнообразия; биогеохимических круговоротов воды и

элементов; развития и эволюции; управления (Одум, 1975). К приоритетным антропогенным

факторам, оказывающим воздействие на экосистемы, относят земледелие, животноводство,

мелиорацию, освоение земель, вырубку лесов. Вместе с тем состояние экосистем косвенным

образом зависит и от других форм антропогенной активности: горнодобывающей и перераба-

тывающей промышленности, производства энергии, транспорта, строительства и др.

Антропогенный фактор реализуется в экосистеме в виде непосредственного воздействия на ее

элементы, пищевые цепи, структуры, круговороты веществ

и потоки энергии в ходе производственной деятельности, а также посредством изменений,

происходящих в природе, в частности в атмосфере (повышение температуры, разрушение

озонового экрана вследствие возрастания концентраций диоксида углерода, метана, оксидов

азота и серы, хлорфтористого углерода, выпадение кислотных осадков). В результате

воздействия антропогенных источников возмущения экосистем изменяются свойства и

режимы почвы, качество воздуха, запасы и качество воды, количество и качество растение-

водческой и животноводческой продукции, численность животных и растительных видов, их

разнообразие, ареалы распространения, генотип биоты и ее физиолого-метаболическая

активность. При этом сама экосистема приобретает ряд специфических характеристик,

свойственных конкретным типам хозяйственной деятельности. Так, при аграрном типе

антропогенного фактора экосистема трансформируется в агро-экосистему (рис. 22.1),

которая пред-

ставляет собой часть наземной экосистемы, находящуюся под влиянием сель-

скохозяйственной деятельности человека; структура и способ ее функционирования

регулируются с помощью импорта вещества и энергии с целью поддержания состояния

наивысшей продуктивности и предотвращения сукцессии. Функционирование агроэкоси-стемы

предполагает наличие разной по интенсивности и продолжительности постоянной

антропогенной нагрузки на составляющие ее компоненты. Поэтому, чтобы предотвратить

возможность необратимых изменений в агроэкосис-теме, важно предвидеть результат этих

воздействий, основываясь на величинах предельно допустимых нагрузок, а также учитывая

механизмы адаптации и уровни устойчивости компонентов аг-роэкосистемы к природным и

антропогенным нагрузкам.

Производственная, в том числе и сельскохозяйственная, деятельность человека

осуществляется в границах целостных природных образований — ландшафтов. Это —

территориальная система, состоящая из взаимодействующих природных или природных и

антропогенных компонентов, а также комплексов более низкого таксономического ранга;

наиболее общий целостный объект охраны природы. С этой точки зрения он рассматривается

как ресурсо-содержащая и ресурсовоспроизводящая система; среда жизни и деятельности

человека; хранилище генофонда; природная лаборатория и источник эстетического

восприятия. Это — территория, однородная по происхождению и истории развития,

обладающая единым геологическим основанием, однотипным рельефом, единообразным

сочетанием почв, растительности и отличающаяся от других территорий структурой, а также

характером взаимосвязи и взаимодействия между отдельными компонентами этой

территории. По различным параметрам выделяют природные и антропогенные, культурные и

акультур-ные, степные и горные, лесные и болотные, а также другие ландшафты, в том числе

и агроландшафты.

Агроландшафты — антропогенные ландшафты с преобладанием в их биотической части

сообществ живых орга-

низмов, искусственно сформированных человеком (антропобиоценозов) и заменивших

естественные фито- и зооцено- I зы на большей части территории. В более узкой трактовке

под агроландшаф- | том понимают ландшафт, на большей части которого естественная

растительность заменена посевами и посадками I сельскохозяйственных растений. Под I

агроландшафтами понимают также пей- I зажи сельской местности.

Одна из важнейших функциональ-ных задач современной экологии - разработка основ и

принципов природосо-образности в различных областях про- I изводственной деятельности.

При этом наряду с аргументированным объяснением различных реальных и возможных

ситуаций необходимы дельные рекомендации по организации рациональ- I ного

природопользования и предотвращению отрицательных последствий, обусловленных

непродуманным вмешательством в окружающую среду и ее непредвиденными изменениями.

По мнению видного отечественного эколога академика С. С. Шварца (1976), весьма

актуальной проблемой нынешнего этапа взаимодействия общества и природы является

конструирование окружающей среды по образцу и подобию природной, достижение

гармоничного развития природы и экономики единых географических систем.

В сфере аграрного производства на протяжении веков осуществляется процесс

конструирования искусственного биогеоценотического покрова, реализуемый путем

разработки и внедрения различных систем земледелия. И здесьв первую очередь необходимо

разумно учитывать и максимально использовать естественный базис производства, опре-

деляемый ландшафтными особенностями конкретной территории. В ряду многоплановых

аспектов столь актуальной проблемы, как экологизация сельского хозяйства, грамотные учет и

оценка ландшафтной доминанты являются основополагающими и поэтому требрт

первоочередного внимания.

О возрастающем интересе к этим вопросам, обусловленном их научной значимостью и

объективными потребностями практики, свидетельствуют появившиеся в последние годы

публика-

436

ции. Это, в частности, сборник научных трудов «Агроэкологические принципы земледелия»

(1993), обстоятельная монография А. Н. Каштанова с соавторами «Основы ландшафтно-

экологичес-кого земледелия» (1994), солидный учебник В. И. Кирюшина «Экологические

основы земледелия» (1996), оригинальное учебное пособие М. Г. Сергеева «Экология

антропогенных ландшафтов» (1997) и другие издания.

22.2. УСТОЙЧИВОСТЬ И ИЗМЕНЧИВОСТЬ АГРОЭКОСИСТЕМ

Оптимизация природной среды — это поиск сбалансированного соотношения между

эксплуатацией экосистем (рациональным использованием естественных ресурсов), их охраной

и целенаправленным преобразованием. Между тем деятельность человека приводит к

значительным и устойчивым изменениям природной среды. В агроэкосис-темах, как известно,

к таковым относят процессы эрозии и дефляции; загрязнение почв и природных вод

химическими веществами, вымываемыми из минеральных удобрений и ядохимикатов; эв-

трофирование водоемов; уплотнение, подкисление и понижение биологической активности

почв; изменение видового состава, численности и распределения флоры и фауны и т. д.

В связи с этим очевидна необходимость в системе средостабилизирующих мероприятий.

Теоретическим обоснованием разработки системы обеспечения устойчивости агроэкосистем

призвана служить формирующаяся экология агроландшафта, которая изучает структуры и

особенности функционирования агроэкосистем в конкретных условиях и при антропогенных

воздействиях, а также балансы веществ и энергии. При этом необходимо системно учитывать

характер взаимосвязей и взаимозависимостей между структурными элементами

агроландшафта, иерархические уровни соответствующих структур.

Как отмечал А.Г.Исаченко (1980), охрана и рациональное использование отдельных

компонентов природной среды не имеет реального смысла вне

оптимизации более сложных целостных территориальных единиц, какой и является

ландшафт.

Рассматривая предпосылки формирования устойчивых агроэкосистем, необходимо

основываться на ландшафт-но-экологическом подходе, который предполагает изучение

природных явлений и процессов, а также инвентаризацию их ресурсного потенциала; оценку

природных систем применительно к возможным видам использования; прогнозирование

вероятных изменений природных комплексов в результате их использования; разработку

подходов к управлению процессами изменения природных комплексов из-за антропогенного

воздействия, определение путей и способов их регулирования; обоснование и разработку

рекомендаций по оптимизации агроландшафтов.

Природные системы характеризуются рядом свойств, определяющих их (систем) отношение к

внешним воздействиям, таких, как целостность, устойчивость, эластичность, инерция, емкость,

допустимые пределы изменений. Кратко охарактеризуем эти свойства.

Целостность — внутреннее единство экосистем, обусловленное тесными взаимосвязями

между составляющими их компонентами.

Устойчивость — способность к самосохранению и саморегулированию в пределах, не

превышающих определенных критических величин (допустимых пределов изменений). Речь

идет о способности экосистем сохранять свою структуру и основные функции при внешних

воздействиях (в том числе антропогенных). Особую роль здесь играет биота, которая,

трансформируя абиотическую среду, смягчает внешние воздействия.

Различают резистентную и упругую устойчивость. В первом случае имеется в виду свойство

системы сопротивляться нарушениям, поддерживать свою структуру и функции, во втором —

способность восстанавливать свое состояние (т. е. важнейшие на определенном временнбм

интервале характеристики) после того, как структура и функции системы были нарушены.

Изменчивость — способность экосистем переходить из одного состояния в

437

другое под влиянием внешних сил или факторов саморазвития. По глубине трансформации

систем различают изменения в ходе функционирования, динамики и развития. Функционирова-

ние — это совокупность процессов передачи и превращения вещества и энергии,

поддерживающая систему в определенном состоянии. Здесь происходят небольшие

количественные изменения, которые носят ритмичный суточный и сезонный характер.

Динамика представляет собой обратимые изменения, которые происходят в рамках структуры

системы. К ним, например, относят многолетние периодические колебания, так называемые

«восстановительные смены». В процессе динамики происходят более глубокие изменения,

чем в процессе функционирования. Но они не ведут к качественной перестройке структуры, а

лишь медленно подготавливают ее. Развитие (эволюция) — это необратимые изменения си-

стем с коренной перестройкой структуры и формированием новых ландшафтов, что связано

как с внешними воздействиями (природными и антропогенными), так и с внутренними ценоти-

ческими (саморазвитие). Такие экосистемы теряют устойчивость.

Эластичность — способность в некоторых пределах менять свое состояние под влиянием

внешних факторов и возвращаться в исходное состояние при прекращении их действия.

Инерция — способность природных систем в некоторых пределах противостоять действию

внешних факторов без изменения своего состояния.

Емкость — способность абсорбировать без изменения своего состояния чужеродные

воздействия внешних факторов (посторонние вещества, избыточную энергию и т. п.).

Допустимые пределы изменений — максимальный и минимальный пределы параметров

состояния природной системы, внутри которых она обладает устойчивостью и не разрушается.

В связи с рассматриваемыми свойствами природных систем представляет интерес

предложенная Ю. А. Израэлем (1984) графическая схема состояния некоторой системы во

времени при различных нагрузках (рис. 22.2). Как

h=f(t) А

Время (t)

Рис. 22.2. График функции состояния элементов

некоторой системы во времени h{t) при различных

нагрузках (Израэль, 1979):

/ и 7— нижний и верхний критические пределы изменений; 2 и 6— нижний и верхний пределы

допустимых изменений (пределы воздействия на систему); 3 — функция фактического

состояния системы при антропогенном воздействии; 4— нормальное состояние системы; 5—

возбужденное состояние системы. Интервалы ме фактическим состоянием (кривая 3) и

верхним (6) и нижним (2) допустимыми пределами воздействия характеризуют «экологический

резерв» воздействия

следует из данных, представленных рисунке, чтобы избежать необратимых изменений

природной системы, не следует выводить ее за некие пределы, т. е. желательно не выходить

из зоны экологического резерва.

Изучение и учет экосистем имеют важное практическое значение, поскольку позволяют более

грамотно формировать взаимодействие с окружающей природной средой. Это особенно важно

при организации агроэкосистем, отличающихся от экосистем неустойчивым природным

равновесием. В естественных условиях смена структуры экосистем (например, зарастание

озер, заболачивание лесов и др.) происходит постепенно. При неуправляемом же

вмешательстве сельскохозяйственного производства изменения могут проходить быстро и

приводить к снижению устойчивости агроландшафтов и их деградации.

Хозяйственная деятельность влияет и на перестройку биоценозов в целом. Причем в

отдельных регионах нарушение равновесия между материнской породой, стоком и почвой

вызывает необратимые отрицательные изменения в ландшафтах. Примером может служить

усиление процессов опустынивания.

438

е.

Очевиден факт, что наряду с действительно целесообразными в природно-хозяйственном

отношении антропогенными ландшафтами вследствие существенных экологических просчетов

при организации природопользования возникают ландшафтные (в том числе и аг-

роландшафтные) образования противоположного свойства.

При интенсивном сельскохозяйственном использовании земельного фонда, когда равновесие

в агроэкосис-темах поддерживается искусственно, необходимо знать и учитывать структуру

агроландшафтов, их системообразующие свойства. Основным «целевым рвойством»

ландшафта является экологический потенциал — интегральная предпосылка его

использования. Он характеризует способность ландшафта соответствовать требованиям,

предъявляемым ему человеком. Во всех случаях организация агроэкосистем должна быть

дифференцирована по типам и видам ландшафтов, основываться на зонально-

провинциальных особенностях, типологических и индивидуальных свойствах.

Особенно важно, чтобы регуляция намечаемых хозяйственных нагрузок на агроэкосистемы

осуществлялась в соответствии с их природной структурой. В противном случае, особенно в

агроэко-системах с неустойчивым природным равновесием, несоответствие сложившейся

специализации сельского хозяйства потенциальным возможностям ландшафтного ресурса

приводит к возникновению и развитию негативных процессов — потере агроэкосистемами

устойчивости, нарушению ландшафт -но-экологического равновесия на данной территории и т.

д. Поэтому необходимо сопоставлять существенные функциональные структуры ландшафта и

его потенциал, определять целесообразные направления рационального его использования.

Для этого необходимо оценить направление и скорость естественного развития каждого

элемента ландшафта; изменение как отдельных компонентов, так и всей агроэкосистемы под

влиянием производственной деятельности; вероятное развитие форм использования

природного потенциала. Ландшафтное

прогнозирование предполагает функциональное разграничение ландшафтных образований

(процесс пространственного дифференцирования деятельности человека, придающей струк-

турным участкам определенные функции). Например, в агроландшафте главной должна быть

функция охраны и воспроизводства потенциала почвенного плодородия, в зависимости от

которой решаются вопросы размещения сельскохозяйственного производства, формирования

инфраструктуры и др.

Важным условием повышения устойчивости экосистем (и особенно агроэкосистем) служат

разработка, совершенствование и строгое соблюдение экологических нормативов, стандартов,

правил и других регламентов, регулирующих хозяйственную деятельность по использованию

ландшафтов.

Наиболее распространенными показателями загрязнения природной среды являются

предельно допустимые концентрации (ПДК) поллютантов, устанавливаемые по степени

вредности веществ или рефлекторной реакции на них организма.

Однако ПДК, ПДВ (предельно допустимые выбросы) и другие аналогичные показатели далеко

не всегда учитывают особенности трансформации загрязняющих веществ в природе, их

способность накапливаться в биоте в конкретных физико-географических условиях.

Установленные для отдельных природных компонентов, они не дифференцированы по

регионам и малопригодны для ландшафтов в целом. В качестве более приемлемых

экологических нормативов могут служить предельно допустимые экологические нагрузки

(ПДЭН), которые более полно отражают внутренние свойства и потенциальные возможности

экосистем. ПДЭН как совокупность внутреннего и внешнего воздействия, которая либо не

меняет качество окружающей среды, либо меняет его в допустимых пределах, характеризует

подверженность компонентов экосистемы воздействию факторов, изменяющих ее

устойчивость, а также силу и активность этих факторов. Под качеством окружающей среды

подразумевают возможность устойчивого существования природной или антропоген-

439

ной экосистемы в данном месте при отсутствии неблагоприятных последствий для любой (но в

первую очередь человеческой) популяции. Из-за разнообразия антропогенных факторов,

действующих на компоненты реальной агроэкосисте-мы, практически невозможно предложить

единый показатель допустимой нагрузки. Поэтому для каждого типа воздействия

устанавливают свои требования к регламентам, которые могут преследовать

природоохранные, социально-экономические, гигиенические, медицинские или другие цели.

Например, уровень техногенного загрязнения ландшафтов считают допустимым, если не

нарушаются газовые, концентрационные и окислительно-восстановительные параметры, от

которых зависит жизнедеятельность организмов, регулирующих биогеохимическое

самоочищение, не изменяется биохимический состав продукции, что могло бы вызвать

нарушение жизненных функций организмов в пределах трофических цепей, не снижается

биологическая продуктивность экосистем, сохраняется генофонд, необходимый для

существования системы (Глазовская, 1988). ПДЭН как комплексный показатель устойчивости

экосистем и ландшафтов характеризует структуру и функционирование систем через

продуктивность, видовое разнообразие, интенсивность процессов и другие параметры, а также

максимально допустимые пределы вмешательства в экосистемы при условии сохранения ими

основных природных и экономических функций (антропогенные изменения экосистем и

ландшафтов не должны выходить за некие пределы естественных колебаний их параметров).

Одна из распространенных в настоящее время точек зрения заключается в том, что конечной

целью экологического нормирования является стремление сохранить естественное течение

сукцес-сионных процессов на основании определения норм состояния объекта посредством

анализа параметров агроэко-системы и интервалов их естественных колебаний, а также

установления соответствующих пороговых и критических пределов. Этот этап называют

экологической регламентацией. Следующий этап - это собственно экологическое

нормирование, т. е. определение экологических нормативов на основании экологических

регламентов.

Использование системы наиболее общих и симптоматичных интегральных параметров

агроэкосистем позволяет оценивать отклонения от некоторого состояния, условно

принимаемого за норму, а следовательно, и наблюдающуюся степень нарушенности. При та-

ком подходе анализу подлежит триада: фактор воздействия — свойства агро-экосистемы

(устойчивость) — степень воздействия (измененность).

При выборе параметров состояния агроэкосистем для целей экологического нормирования

важно учитывать такие особенности, как достаточно высокая степень интегрированности и

универсальности параметра; адекватность его реакции на разные формы и интенсивность

воздействия того или иного фактора на данную систему; высокая степень информативности.

Кроме того, выбираемые методы определения параметра не должны вносить существенных

изменений в агроэкосистему.

22.3. ОСНОВНЫЕ ПРИНЦИПЫ ОРГАНИЗАЦИИ АГРОЭКОСИСТЕМ

В процессе длительной эволюции естественные экосистемы приобрели способность к

саморегуляции и самовосстановлению. При трансформации же естественных экосистем в

агроэкосис-темы вещественно-энергетические и информационные связи, в том числе и в

агроландшафте, значительно изменяются. Если такие изменения выходят за рамки

допустимых пределов (норм), то ландшафты теряют способность к самовоспроизводству

основных компонентов и в итоге быстро деградируют. Современный агроландшафт — это не

просто преобразованный (модифицированный) природно-территориальный комплекс, а

многокомпонентное образование со специфическими природно-хозяйственным генезисом,

фитоцено-тическим обликом, экологической ситуацией.

Хотя будущее агроландшафтов в основном определяется хозяйственной деятельностью, оно

во многом зависит от

440

территориальной и организационной согласованности природных и антропогенных структур.

Еще В. В. Докучаев указывал на необходимость территориальной дифференциации и

адаптации землепользования как по ландшафтным зонам, так и по «типам местности при-

роды».

Адаптивно-ландшафтное землепользование направлено на достижение более гармоничного

взаимодействия человека и природы в процессе сельскохозяйственного производства. При

этом следует иметь в виду, что если ландшаф-товедение — уже сложившаяся область знаний,

то ее важная ветвь — агроланд-шафтоведение еще находится в процессе становления. По

замыслу агроланд-шафтоведение призвано изучать закономерности формирования и

функционирования агроэкосистем, разрабатывать методы моделирования новых систем

земледелия, обосновывать пути конструирования оптимальных агро-ландшафтов (природно-

хозяйственных территориальных систем сельскохозяйственного назначения на локальном,

топологическом уровне), решать актуальные проблемы социальной агроэкологии,

формировать основы и вести разработку геоинформационных систем агрономического

назначения.

С учетом приведенных выше суждений и материалов отечественных и зарубежных

исследований принципы построения агроландшафтов, имеющие практическое значение и

основанные на «самовосстановлении» и «самоочищении» агроэкосистем и их компонентов,

можно свести к следующим:

1. Принцип адекватности. Производственная деятельность в агроландшаф-тах должна

функционально соответствовать функциям биосферы, т. е. быть адекватной природным

закономерностям окружающей среды. Этого можно достичь применением прогрессивных

систем земледелия (выделение севооборотов с многолетними травами на склонах, замена

вспашки бесплужной обработкой и другие агротехнические приемы) с учетом экологических

особенностей структуры сложившихся естественных ландшафтов. В результате образуются

новые природно-хозяйственные комплексы, обеспечивающие более эф-

фективное использование биоэнергетических ресурсов, с устойчивыми агро-экосистемами,

имитирующими функции биосферы.

2. Принцип совместимости. Компоненты (элементы) территории агроландшафтов

проектируют и создают с учетом природно-антропогенной совместимости. Суть в том, чтобы

элементы территории агроландшафтов были органически взаимосвязаны и представляли

единую систему, согласованную со строением природных комплексов и хозяйственной

деятельностью. В последующем новые и усовершенствованные агроландшафты развиваются

под активным влиянием процессов, свойственных тем природным ландшафтам, которые и

послужили для них фоном. Не совместимый с природной средой элемент территории играет

роль некоего внешнего «раздражителя», нарушающего общую устойчивость природного

комплекса (ПК). Недоучет этого ведет к излишним материальным затратам при создании

агроландшафтов, а нередко и к их быстрому разрушению.

Примером недостаточного учета фактора природно-антропогенной совместимости при

формировании ландшафтов может служить проектирование крупных прямоугольных клеток-

полей на склонах сложной формы. Между тем целесообразно было проектировать поля в виде

горизонтально-контурных и полосных микрозон. В результате такого рода просчетов

наблюдается увеличение поверхностного стока, усиление водной эрозии почвы, заиление рек.

Здесь явно сказывается отрицательное влияние ошибочных способов организации

территории: закладка защитных лесополос и обработка почвы вдоль склонов с пересечением

горизонталей.

Это относится и к сооружению земляных валов у вершин оврагов, являющихся навязанным

природе элементом. В этом случае нарушается почвенный покров прилегающего участка,

площадь под валом зарастает сорняками и выпадает из сельскохозяйственного пользования,

ухудшается архитектоника ландшафта.

Положительным примером реализации данного принципа может служить

441залужение водосточных ложбин, контурная организация территории на сложных склонах,

мульчирование и тд. Другой пример: совместный (полосный) посев низкорослой сои и высоко-

рослой кукурузы позволяет растениям каждой группы лучше использовать солнечную энергию,

углекислый газ, воду. В результате повышается интенсивность фотосинтеза, улучшается мик-

роклимат. Урожайность сои в таких посевах на 18 %, а кукурузы на 29 % выше, чем при

раздельном их выращивании.

3. Принцип соответствия фитоцено-зов местообитанию. При структурировании

агроландшафта важно грамотно выбрать место размещения посевов и посадок различных

групп сельскохозяйственных растений на неоднородных по экологическим свойствам и

расположению участках возделываемых 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 агроэко-систем.

Вышесказанное наглядно подтверждают данные, представленные в таблицах 22.1, 22.2 и 22.3.

22.1. Урожайность основных сельскохозяйственных

культур в зависимости от условий рельефа, т/га

(Варламов и Волков, 1991)

Коэфф

ициент

рас-

членен

ности,

км/км

Озим

ая

пшен

ица

Ячме

нь

Сахар

ная

свекл

Кукур

уза

(зеле

ная

масса

)

"0,3...0,4 2,44 2,27 28,7 31,2

0,7...0,8 2,15 2,04 26,1 29,6

1,1..1,2 1,97 1,88 25,6 27,9

1,5...1,6 1,74 1,65 22,4 25,7

4. Принцип приоритета фитомелиора-ции. При формировании почвоохранных,

самовосстанавливающихся и самоочищающихся агроландшафтов и агро-экосистем 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).

С учетом сказанного практическая задача организации территории агроландшафта

заключается в определении разумного соотношения между полем, лугом и лесом в увязке с

другими компонентами.

5. Принцип пространственного и видового разнообразия. Агроэкосистемы 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 спо-

собствует поддержанию их устойчивости, а также природного и природно-ан-тропогенного

равновесия. (Под природным равновесием понимают первичное экологическое равновесие

природной системы, сложившееся на основе баланса неизмененных или малоизмененных

человеком компонентов среды и природных процессов. Природно-антропо-генное равновесие

— вторичное экологическое равновесие, образующееся на основе баланса измененных

человеком компонентов среды и природных процессов.)

6. Принципы оптимизации структуры и соотношения земельных 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. Представляет, в частности, интерес предложенная Н. Ф.

Реймерсом (1990) схема соотношений площадей есте-

442100 * 85 •

| 70 ■

a 5 I 40 ■

25 ■

0 20 40 60 80 100

% преобразованных экосистем

100 80 60 40 20 О

% естественных экосистем (от общей площади)

Рис. 22.3. Суммарный эколого-социально-экономи-ческий эффект при различных

соотношениях площадей преобразованных и естественных экосистем (Реймерс, 1990)

ландшафтах леса, луга, водные пространства должны занимать не менее 30 % общей

площади.

Представляют интерес данные об изменении урожайности зерновых культур в зависимости от

облесенности пашни в Центрально-Черноземном районе:

Облесенность пашни, % <1 1,5 2,0 2,5 3,0 Средняя урожайность 100 106 111 115 118 зерновых,

В целом же данная проблема требует серьезных дальнейших проработок. Необходимы

дифференциация соответствующих соотношений по географическим районам, изучение

динамики 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 тех-

нологических условий территории. Так, поля, как важнейший элемент агролан-дшафта,

должны быть оптимальны по размеру, что способствует производи-

444

тельному использованию сельскохозяйственных машин, с одной стороны, и уменьшению

уплотняющего воздействия техники на почву — с другой. Критерием правильного решения

задачи является устойчивость сформированного ландшафта. В этом отношении представляет

интерес предложенное А. А. Варламовым и С. Н. Волковым (1991) понятие «экологически

устойчивый участок» (ЭУУ), под которым понимается территория, выделенная с учетом

однородности характеристик ее природных ресурсов, а также комплексности их действия и

сохраняющая свои ландшафтные особенности в процессе хозяйственного использования.

Если в процессе хозяйственного использования обеспечивается возможность прекращения

или ослабления негативного воздействия физико-географических и социально-экономических

условий на почвенные, водные и растительные ресурсы (эрозия, засоление и уплотнение

почв, осушение местности, зарастание сельскохозяйственных угодий лесом и кустарником,

ухудшение условий существования флоры и фауны и т.д.), то пространственное расположение

участка сохраняется, но его потенциал и экономическая оценка увеличиваются. В конечном

счете сохраняются организация территории участка и устойчивость использования его

отдельных ресурсов. При этом не ограничиваются возможности роста плодородия почв и

дифференциального дохода с участков.

22.4. ОПТИМИЗАЦИЯ СТРУКТУРНО-ФУНКЦИОНАЛЬНОЙ ОРГАНИЗАЦИИ

АГРОЭКОСИСТЕМ — ОСНОВА

ПОВЫШЕНИЯ ИХ ПРОДУКТИВНОСТИ

И УСТОЙЧИВОСТИ

Сельское хозяйство изначально основывалось на стихийном использовании отдельных

экологических принципов. По мере формирования научных основ сельскохозяйственного

производства и поступательного развития его отраслей и инфраструктуры эти принципы

начали применяться более осмысленно и целенаправленно. Однако и в настоящее время

преимущественно учитываются лишь аутоэкологическиезакономерности, популяционные же и

экосистемные подходы применяются гораздо реже.

Целевая установка сельского хозяйства объективно направлена на получение максимума

биологической продукции. Сообразно этому развиваются (да 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 природ-но-антропогенного

равновесия. В конечном счете сработал принцип 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 биоце-нологических

экосистемных принципов. От практики поддержания на полях только продуцентов —

культурных растений—следует переходить к более полному и активному использованию в

агроценозах естественных регуляторных механизмов.

В первую очередь необходимы анализ и учет ландшафтно-экологических особенностей

конкретной территории. Создаваемые агроландшафты функционируют в соответствии с

природными закономерностями данного района. Основой для анализа ландшафтной нео-

днородности и изменчивости земельного фонда в процессе его сельскохозяйственного

использования 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 (типологическое картографирование) и региональных различий

(районирование), а также на учете многочисленных взаимосвязей (баланс 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 ресурсо-оборот, расширенное

воспроизводство возобновляемых ресурсов ландшафта (повышение плодородия почвы, про-

дуктивности естественных и культурных фитоценозов и др.). Анализ ландшафтной

неоднородности и изменчивости — многоступенчатая система подходов к раздельной оценке

природных компонентов и всего ландшафтного комплекса.

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 ме-

ханизмов самоорганизации и самовос-

445производства. Для определения происходящих и возможных изменений перспективна

разработка интегральных параметров, характеризующих структурно-функциональную

организацию аг-роэкосистем по их биотической компоненте.

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

биологические циклы.

1. Запас живой биомассы (фито-, зоо- и микробиомассы), г/м

или т/га (в расчете на абсолютно

сухое вещество). Под биомассой понимают общее количество живого органического вещества,

накопленного к данному моменту. Кроме абсолютных показателей могут применяться

соотношения биомассы различных групп организмов или их частей, отнесенной к единице

площади. В том числе: для растений (автотрофов) — систематических экологических групп,

надземных и подземных частей, ассимилирующих и запасающих органов; для гетеротрофов —

систематических экологических (включая трофические) групп, долей мигрирующей зоомассы;

для микроорганизмов — грибов, бактерий, актиномицетов.

2. Запас мертвого органического вещества. Это количество вещества, заключенного в

сухостое, валежнике, отмерших органах, а также накопившегося в лесной подстилке,

торфяном горизонте почв, в степном войлоке. Мертвое органическое вещество включает

также трупы животных и гумус почв.

3. Интегральная характеристика структуры органического вещества аг-роэкосистемы

определяется как соотношение запасов гумуса, фитомассы, зоомассы и биомассы

(микроорганизмы), представляется в виде формулы органического вещества агроэкосистемы.

При оценке состояния агроэкосис-тем также должны учитываться показатели их

функционирования, под которым понимают смену состояний системы, определяемую

изменениями в годичном цикле запасов веществ и интенсивностей потоков. В основе фун-

кционирования экосистем лежит биологический круговорот, осуществляющийся по следующей

типовой схеме: на восходящей ветви происходит создание первичной продукции при

одновременном расходе ее на дыхание; на нисходящей — потребление фитофагами, отми-

рание и деструкция.

4. Текущее функционирование авто-трофных и гетеротрофных компонентов. Его оценивают

по первичной и вторичной продукции, а также по их соотношению. Чистая первичная

продукция [(г/(м

■ год), г/(м

-сут), т/(га-год)]-продукция автотрофных организмов, которая

практически совпадает с продуктивностью фитоценоза. Она определяет энергетический

потенциал системы и характеризуется количеством органического вещества (фитомассы),

образуемого за год в наземной и подземной сферах сообщества за вычетом части,

затраченной на дыхание. Фактически — это годичный прирост.

Вторичная продукция включает зоомассу и фитомассу, продуцируемую гетеротрофными

организмами. Эта величина позволяет оценить «вклад» разных групп консументов и

редуцентов в отчуждение фитомассы из годичного прироста, в деструкцию и минерализацию

растительных остатков. Отношение первичной продукции к вторичной отражает

сбалансированность биологической продукции.

5. Опад [г/(м

■ год), т/(га • год)] — количество органического вещества, заключенного во всех

ежегодно отмирающих наземных и подземных частях растений.

6. Истинный прирост [т/(га • год)] — количество органического вещества, остающегося в

сообществе в результате годичного прироста, за вычетом опада.

7. Скорость воспроизводства органического вещества — отношение первичной продукции к

запасу живой фитомассы (в %). Наибольшая она — в луговой степи, наименьшая — в лесу.