Степановских А.С. Экология

Подождите немного. Документ загружается.

www.InetLib.Ru - Интернет библиотека!

(по Н. Ф. Винокуровой и др., 1994)

Типы ландшафтов Годовая солнечная

радиация МДД, С/м

Сумма

активны

Т С

Среднегод

овые

осадки,

Среднего

довой

сток,

Годовая

биопродук

тивность,

т/га

Суммар-

ная

прямая

1. Арктические

2. Аркотундровые

3. Тундровые

евросибирские

4. Лесотундровые

5. Северотаежные

6. Среднетаежные

7. Южнотаежные

8. Подтаежные

9. Широколиствен

ные лесные

10. Лесостепные

11. Северостепные

12. Южностепные

2500

2700

2900

3000

3100

3200

3400

3700

4000

4100

4400

4600

1800

900

1100

1200

1400

1500

1700

1800

2000

2300

2500

700

1100

1450

1750

2000

2300

2500

2800

3200

200

250

325

600

650

675

700

650

600

500

450

150

175

350

300

275

200

125

100

0,2

1,5

2,5

4,0

5,0

6,5

9,0

11,0

13,0

15,0

12,0

8,0

Антропогенный ландшафт, в современном понимании, — это ландшафт,

преобразованный хозяйственной деятельностью человека настолько, что изменена

связь природных (экологических) компонентов в степени, ведущей к сложению

нового по сравнению с ранее существующим на этом месте природным

комплексом.

Антропогенное преобразование природных ландшафтов в аграрные

происходило в течение тысячелетий.

По А. Н. Каштанову и др. (1988), зарождение земледелия на тер-ритррии

России относится к более позднему периоду времени, чем в странах Древнего

Востока и юга Азиатского материка. Объясняется это длительным периодом

оледенения территории нашей страны, которое доходило до южных районов

Украины, гор Памира и Тянь-Шаня. Появление здесь растительности и животных

происходило по мере таяния ледников и отступления их на север. Постепенно

русские равнины с юга стали заселяться человеком, появились зачатки земледелия.

Первыми системами земледелия были примитивные — подсечно-огневая,

лесопольная, залежная, переложная. Они соответствовали низкому уровню развития

производительных сил общества: первобытнообщинным, рабовладельческим и

феодальным производственным отношениям. Человечество в эти периоды

располагало еще большими площадями свободных земель, и по мере утраты

плодородия на распаханных участках люди их забрасывали и распахивали новые

участки. Вследствие действия природных сил (растительности, микроорганизмов и

др.) заброшенные площади в течение нескольких десятилетий восстанавливали

плодородие почвы. Кроме собственной мускульной силы, примитивных орудий и

тягловых животных, при освоении новых участков земледелец использовал и огонь.

При подсечно-огневой системе в лесных районах сжигание леса обеспечивало

531

www.InetLib.Ru - Интернет библиотека!

удобрение почвы фосфором, калием, кальцием и другими зольными элементами,

уничтожение вредителей и зачатков болезней, ускорение минерализации

органического вещества почвы. Выращиваемые человеком на таких полях

сельскохозяйственные культуры давали урожай не более 2—5 лет.

В дальнейшем почва утрачивала благоприятные свойства, сильно засорялась и

урожаи возделываемых культур резко снижались. Утратившие плодородие поля

забрасывали. Естественная растительность в ходе сукцессионных процессов

постепенно возрождалась, а плодородие почв восстанавливалось.

Постепенно на смену подсечно-огневой пришла лесопольная система

земледелия. Здесь в основу было положено чередование посевов однолетних

растений с лесом. Появляется возможность с развитием животноводства продлить

время использования отвоеванной у леса пашни благодаря внесению в почву навоза.

И все же эпизодическое унавоживание небольшими дозами не могло обеспечить

сохранение и особенно повышение плодородия почвы. С потенциально

плодородными черноземными почвами в степных районах использовались

залежная и переложная системы земледелия. Сущность их состояла в

воспроизводстве плодородия почвы с помощью многолетней травянистой

растительности. Высокое естественное плодородие почв степной зоны и более

эффективная роль трав в воспроизводстве плодородия, период их произрастания для

улучшения почвы по сравнению с лесной растительностью длился значительно

меньше. Сельскохозяйственные культуры возделывались в течение 6—10 лет, а

после истощения и засорения почвы поле забрасывали в залеж на 25—30 лет.

Примитивные системы земледелия, как видим, характеризуются низким

уровнем использования земли под пашню и ее продуктивностью, крайне медленным

и длительным периодом восстановления плодородия почвы за счет использования

природных факторов, высокими затратами труда на единицу урожая. При этих

системах производство растениеводческой продукции осуществлялось за счет

естественного плодородия почвы.

На смену примитивным системам пришла паровая система земледелия. Это

был шаг вперед. Паровая система земледелия позволила в 3—4 раза расширить

площади под посевами зерновых культур, повысить интенсивность использования

земли и увеличить производство зерна. Создавались хорошие условия при этой

системе для применения навоза, борьбы с сорняками, накопления влаги и

питательных веществ в почве, что позволяло более устойчиво вести полеводство,

особенно в засушливые годы.

Характерны для этой системы земледелия зернопаровые се-вообороты с

короткой ротацией, где после чистого пара размещали зерновые в течение 1—3 лет.

При положительных сторонах паровой системы земледелия необходимо

отметить, что она не создавала условия для развития животноводства, так как

кормовые культуры здесь не вводились в севооборот. Из-за распашки природных

кормовых угодий скот выпасали на паровых полях, что резко снижало их

эффективность. Паровая система земледелия была в России основной вплоть до 20-х

гг. XX в. В дальнейшем паровая система развилась в зернопаровую почвозащитную

систему земледелия, широко применяемую в Поволжье, Зауралье, Сибири и ряде

532

www.InetLib.Ru - Интернет библиотека!

других регионов страны. Развитием паровой системы в регионах с хорошим

увлажнением за счет осадков и развитым животноводством явилась в середине XX

в. многополъно-травяная система земледелия. Более половины всей площади

пахотнопригодной земли при этой системе отводилось под луга и выпасы.

Естественные кормовые угодья заменялись улучшенными с посевом многолетних

трав. Высокое насыщение севооборотов многолетними травами создает

благоприятные условия для повышения плодородия почвы за счет накопления в ней

органического вещества, улучшения ее пищевого режима и фитосани-тарного

состояния. Следует помнить, что при многопольно-травяной системе земледелия,

как и при паровой, плодородие почвы восстанавливается исключительно за счет

природных факторов.

Использование удобрений и других средств воздействия промышленного

производства на почву здесь крайне ограничено. В регионах и областях с более

континентальным климатом многопольно-травяная система не нашла широкого

применения.

На основе совершенствования паровой и многопольно-травяной систем

земледелия возникни улучшенные зерновые системы земледелия. Переход

многопольно-травяной системы земледелия в улучшенную зерновую происходил за

счет сокращения площади под многолетними травами при увеличении посевов

зерновых культур. Севооборота улучшенных зерновых систем земледелия

представляют собой зерновое трехполье с полем многолетних трав: 1 — чистый пар,

2 — озимые с подсевом клевера, 3 — клевер, 4 — яровые зерновые; или 1 — чистый

пар, 2 — яровая пшеница с подсевом донника или люцерны, 3—4 — донник

(люцерна), 5 — яровые зерновые. В дальнейшем при совершенствовании

улучшенной зерновой системы чистые пары постепенно начали заменять занятыми,

а в севооборота вводить пропашные культуры.

В 80—90-х гг. XX в. в зернопроизводящих районах европейской части России,

Сибири широкое применение находит паро-пропашная система земледелия с

такими севооборотами: 1 — пар чистый, 2 — озимые, 3 — картофель, 4 — яровые

зерновые или 1 — пар, 2—3 — яровая пшеница, 4 — кукуруза на силос, 5 —

пшеница, 6 — овес или ячмень.

Для различных природно-экономических зон России научными учреждениями

в 90-х гг. XX в. предложены следующие системы земледелия: 1. Зернопаровая

почвозащитная в районах Зауралья и Западной Сибири. 2. Зернопаропропашная и

плодосменная почвозащитная (от водной эрозии) в лесостепных районах

Центрально-Черноземной зоны и южной части Нечерноземной зоны. 3.

Плодосменная льноводнокормового направления в льносеющих районах

Нечерноземной зоны с применением мелиоративных мероприятий по

регулированию водно-воздушного режима и окультуриванию почв. 4.

Зернокормовая почвозащитная на склоновых землях. 5. Система горного

почвозащитного земледелия. 6. Система земледелия для районов Дальнего Востока

с муссонным климатом. 7. Система почвозащитного бесплужного земледелия.

Еще раз отметим, что из-за быстрого роста народонаселения и связанного с

этим увеличения потребностей в продуктах питания с каждым годом на Земле все

533

www.InetLib.Ru - Интернет библиотека!

больше проявляются изменения, вызываемые сельскохозяйственной деятельностью

человека. В результате естественные ландшафты вытесняются антропо-генно

преобразованными ландшафтами, или агроландшафтами (рис. 18.12).

Рис. 18.12. Соотношение естественных и антропогенно преобразованных

ландшафтов Земли, в % (по А. А. Иноземцеву, Ю. А. Щербакову, 1988):

I — пашня; II — сады, виноградники, чайные, кофейные, банановые плантации и т. д.; Ill — луга и

пастбища; IV — леса; V — ледники, холодные пустыни; VI — аридные пустыни, скалы, прибрежные

пески; VII — внутренние водоемы, болота; VIII — антропогенно засоленные и заболоченные земли, отвалы

и карьеры, свалка; IX — города, дороги, аэродромы

В Российской Федерации в 90-х гг. XX в. было занято под

сельскохозяйственными угодьями 220,8 млн га, пашней — 131,1 млн га,

пастбищами — 63,6 млн га, сенокосами — 21,8 млн га.

В 1993 г. общая посевная площадь равнялась 111,8 млн га, в том числе

зерновые культуры возделывались на 60,9 млн га, кормовые—41 млн. га,

технические— 5,5 млн га, картофель, овоще-бахчевые — 4,4 млн га.

В Курганской области сельскохозяйственные угодья составляют 443 7,1 тыс.

га (62,1 %), пашня — 3017,8 тыс. га (42,2%), пастбища — 933,4 тыс. га (13%), луга

— 484 тыс. га (6,8%).

Таким образом, преобразование естественных (природных) ландшафтов в

аграрные ландшафты связано с изменением живой и неживой природы, пищевых

цепей, геохимических циклов. В результате, как утверждают Н. А. Уразаев, А. А.

Бакунин и др. (1996), экосистемы из многокомпонентных, богатых информацией

превращаются в малокомпонентные, информативно обедненные или гетерогенные в

гомогенные (рис. 18.13).

534

www.InetLib.Ru - Интернет библиотека!

Рис. 18.13. Зависимость между интенсивностью антропогенного фактора и изменением

структуры ландшафта (по Н. А. Уразаеву, А. А. Вакулину и др., 1996)

При специализации и интенсификации сельского хозяйства, переводе

растениеводства и животноводства на промышленную основу гомогенность

аграрного ландшафта возрастает. При чрезвычайном возрастании интенсивности

антропогенного фактора механизмы адаптации и самосохранения агроэкосистем

могут ослабляться, подавляться и привести к разрушению аграрного ландшафта.

Отсюда, необходимо разработать более совершенные, экологически

обоснованные методы управления агроэкосистемами, нужно научиться создавать

агроэкосистемы, работающие по принципу естественных (природных) экосистем.

18.6. Роль отдельных компонентов

в агроэкосистемах

Известно, что естественные экосистемы проявляют значительное однообразие

в общей реакции на случайные природные стрессы (действие низких температур,

затопление, пожары, эпифитотии вредителей, болезней и т. д.), сохраняя

относительную стабильность. В условиях же длительных интенсивных или

хронических стрессов изменения экосистем становятся необратимыми. Отбор

человеком из дикой природы полезных для себя растений и животных Ч. Дарвин

(1859) назвал искусственным отбором. Выступая в роли одомашливателя,

организатора и инициатора искусственного отбора и изменяя таким образом дикие

виды, человек тоже претерпевает изменения в социальном и экологическом

отношениях. Ю. Одум (1975) по этому поводу сделал следующее высказывание, что

человек в той же мере зависит от кукурузы, как кукуруза зависит от человека.

Общество, хозяйство которого построено на возделывании кукурузы, в культурном

535

www.InetLib.Ru - Интернет библиотека!

отношении развивается совершенно иначе, чем общество, занятое пастбищным

скотоводством. Следовательно, одомашнивание животных, создание культурных

растений — это особая форма мутуализма.

Культивируемое растение является главным компонентом агроэкосистемы.

Посевы сельскохозяйственных культур, кормовых и лекарственных трав,

обеспечивая потребности людей в продукции растительного происхождения (пища,

корма, сырье для промышленности и т. д.), являются не только продуктом природы,

но и объектом человеческого труда. Отсюда их рост и развитие определяются

антропогенными факторами. Из общего количества видов растений на Земле

человек интенсивно использует не многим больше 20, при этом 85% их площади

занимают злаковые (рис, пшеница, кукуруза, ячмень, овес, сорго, просо, сахарный

тростник, рожь) и бобовые (соя, арахис, кормовые бобы, горох,вика).

Культурные растения, занимая центральное место в агроце-нозе, оказывают

наиболее сильное, зачастую господствующее влияние на агрофитоценоз.

Культурные растения в агроценозе являются доминантами-эдификаторами,

чаще всего это пшеница, рожь или кукуруза.

Реже встречаются смешанные посевы двух или более видов (кон-доминантов),

например вика или горох с овсом, многокомпонентная травяная смесь.

Эдификаторные воздействия растений-доминантов, а также кондоминантов

разнообразны. Эдифакторы изменяют микроклимат агроэкосистемы, оказывают

влияние на физико-химические свойства почвы и почвенной влаги. Выделяя

биологически активные вещества, эдификаторы оказывают существенное влияние

на флору и фауну агроэкосистемы. Культурные растения воздействуют на среду при

помощи выделения метаболитов. Важную эдификаторную роль в фитоценозе среды

метаболитов играют колины (агенты влияния высших растений на высшие) и

фитонциды (агенты влияния высших растений на низшие).

В. В. Туганаевым культурные растения по способности влиять на среду

подразделены на три группы.

— Первая группа — силъноэдификаторные растения. Сюда относятся

растения сплошного посева, со 100% покрытием занимаемой площади. В эту группу

отнесены высокорослые (до 3 м) и среднерослые растения, быстро развивающиеся с

весны, такие, как озимая рожь, рапс, подсолнечник на силос.

— Вторая группа — среднеэдификаторные растения. Это растения сплошного

и рядкового весеннего посева, сравнительно высокорослые, с 70—80% покрытием

занимаемой площади, как правило, быстро развивающиеся после появления всходов

(яровые зерновые, включая рис), пропашные (кукуруза, гречиха и др.).

— Третья группа — слабоэдификаторные растения. К данной группе относят

растения с медленным развитием после появления всходов и покрытием не выше

50% занимаемой площади: овощные, бахчевые культуры, горох и др.

Возделываемые культурные растения, выполняя роль доминантов-эдификаторов,

определяют структуру и функцию агроэкосистем, их компонентный состав, на

вредных и полезных насекомых, возбудителей болезней и сорные растения.

Насекомые. К классу насекомых на нашей планете относится самое большое

число форм жизни и самое большое число видов живых организмов (в России и

536

www.InetLib.Ru - Интернет библиотека!

странах СНГ 80—100 тыс. видов), участвующих в круговороте веществ. Например,

в среднем даа каждый гектар естественного биоценоза приходится 500 г птиц, 3—4

кг грызунов, до 15 кг крупных млекопитающих и до 300кг насекомых. В отдельные

годы масса некоторых бабочек и их гусениц возрастает до 600 кг на 1 га, а саранчи

— до нескольких тонн. Эти фитофаги поглощают огромное количество фитомассы.

В переработанном виде они вместе с погибшими насекомыми попадают в почву,

превращаясь в плодородный гумус.

Важнейшей функцией многих видов насекомых в биоценозе является

опыление цветковых растений. Без насекомых человечество было бы лишено

значительной части урожая полей, садов и лесов. Вредными насекомыми является

лишь 1% общей их численности в агроценозах и сопутствующих им естественных

биоценозах. Зачастую насекомые, опыляя растения, ими же и питаются. В

естественных условиях насекомые-фитофаги, как правило, не наносят растениям

невосполнимый урон, не вызывают их гибель. Например, гусеницы некоторых

чешуекрылых, весной объедая листья и хвою лесных деревьев, способствуют более

равномерному отложению опада, а поступление испражнений (капролитов)

насекомых способствует подкормке растений.

Вместе с тем любое насекомое-фитофаг в агроценозе становится

потенциальным вредителем. Назовем главнейшие причины.

Первая — это разрушение исторически сложившихся экосистем,

свойственных им межвидовых отношений и механизмов регуляции численности

живых организмов. Там, где природа еще не тронута человеком, существует

уравновешенность взаимоотношений между растениями: питающимися ими

животными и хищниками, паразитами этих животных. Выжить способны только те

формы, которые не могут полностью истребить свою кормовую базу. Чтобы этого

не случилось, выработались сложные механизмы отношений между живыми

организмами. Более того, как теперь установлено, животные, питающиеся

растениями, даже оказывают содействие процветанию видов животных,

являющихся их пищей. В целом же взаимоотношения видов-компонентов

гарантирует устойчивое существование этого природного комплекса.

При освоении же территории под земледелие создаются новые условия:

меняется кормовая база, возможности существования многих видов. Те из них,

которые способны существовать за счет культурных растений, становятся более

многочисленными. Из их среды и образуется вредная фауна. Это можно показать

сопоставлением состава насекомых, обитающих в ковыльной степи и на

расположенном рядом посеве пшеницы. На посевах пшеницы численность хлебной

полосатой блохи была в 20,6 раза, серой зерновой совки в 25 раз больше, чем в

степи. Так, в условиях степей южного Зауралья, Западной Сибири до 50-х гг. XX в.

серая зерновая совка не считалась опасным вредителем, хотя массовые вспышки

происходили каждые 11 лет. После освоения целинных и залежных земель в этих

регионах в середине 50-х гг. произошло значительное нарастание численности серой

зерновой совки, и она стала главным и постоянным вредителем пшеницы.

Вторая причина — генетическая и селекционная работа, проведенная

человеком, в значительной степени изменила культурные растения, придав им

537

www.InetLib.Ru - Интернет библиотека!

новые качества, которых не было у их диких прародителей. Приобретая все более

ценные качества для человека, культурные растения в неменьшей степени являются

благоприятной кормовой базой и для вредителей. Обеспечение потребностей в пище

вредными организмами способствует более быстрому их размножению.

Третья причина — изменение условий для выживания (резервации) и

расселение вредных видов, связаны в первую очередь с перестройкой технологии

сельскохозяйственного производства.

Четвертая причина — разрушая механизмы, уравновешивающие межведовые

отношения в природе, человек тем самым создал условия для более быстрой

микроэволюции отдельных видов. Они быстрее приспосабливаются к изменившейся

среде, отбор закрепляет эту приспособленность. Установлено, что даже на тех

территориях, где влияние человека на природу сказывается косвенным образом,

микроэволюция идет ускоренно. У вредных видов этот процесс вызывает

расширение зон их обитания, так называемых зон вредности. В 80—90-х гг. XX в. в

России появились и широко распространились такие опасные вредители, как

колорадский жук, американская белая бабочка и т. д.

Мировое сельское хозяйство в конце XX в.пла-тит насекомым—вредителям

сельскохозяйственных культур дань, достигающую 1/5 части выращенного урожая и

более (рис. 18.14).

Рис. 18.14. Потери урожая до его сбора для основных

культур во всех странах мира, % (по Н. Ф. Реймерсу, 1990)

Вредители приобрели свое значение не вследствие того, что ослабло влияние

на их численность хищников и паразитов, а в результате исключительной

благоприятности для них всего комплекса условий, созданных человеком на полях,

и их приспособи-тельной изменчивости к этим условиям.

В снижении потерь урожая от вредителей важная роль должна отводиться

полезным насекомым-энтомофагам (рис. 18.15).

538

www.InetLib.Ru - Интернет библиотека!

Рис. 18.15. Полезные насекомые-энтомофаги (по В. Н. Корчагину, 1987):

1 — златоглазка: а — взрослое насекомое, б — яйца, в — личинка, уничтожающая тлей. 2 — семиточечная

божья коровка: а — взрослое насекомое, б — кладка яиц, в — личинка, уничтожающая тлей. 3 — муха-

журчалка: а — взрослое насекомое, б — личинки, уничтожающие тлей. 4 — трихограмма: а — взрослое

насекомое, б — самка, откладывающая яйцо в яйцо бабочки. 5 — жужелица, поедающая гусеницу

В агроэкосистемах структура ценозов вредных и полезных членистоногих в

значительной мере определяется наличием севоо-боротов, лесных полос и в целом

методами ведения сельского хозяйства. Должна способствовать сохранению

комплекса хищник — жертва.

Фитопатогенные грибы. Паразитирует на культурных растениях не менее 10

тыс. видов грибов. В агроценозах основой вызываемых ими эпифитотий являются

539

www.InetLib.Ru - Интернет библиотека!

несколько причин, которые обусловлены особенностями размножения,

распространения и сохранения этих организмов.

Современное сельское хозяйство связано с возделыванием на больших

площадях однородных в генетическом отношении культурных растений-хозяев.

Здесь, как правило, доминируют возбудители болезней, которые лучше

приспособлены к распространению в пространстве, выживанию во времени.

Распространяются грибы — возбудители болезней в пространстве быстрее при

воздушно-капельной инфекции, медленнее — при почвенной. Промежуточное

положение занимают возбудители семенных и трансмиссионных инфекций. Отсюда

огромная опасность, что при расширении площадей под генетически однородными

культурами преимущество будут иметь воздушно-капельные инфекции, особенно

ржавчинных грибов, с возможностями заражения растений на значительных

расстояниях от первичного очага инфекции. При повторном же возделывании

культур на огромных площадях, в первую очередь при монокультуре, будет

возрастать вредоносность почвенных патогенов, лучше адаптированных для

выживания во времени.

При бессменных посевах сельскохозяйственных культур и несоблюдении

севооборотов не случайно на первое место по вредоносности во всем мире выходят

корневые и прикорневые инфекции.

По В. А. Чулкиной (1991), различают основные (+) и дополнительные [(+)]

экологические ниши возбудителей болезней сельскохозяйственных культур (табл.

18.2).

Таблица 18.2

Экологические ниши различных возбудителей эпифитотиологических

групп инфекций на уровне агроэкосистем (по В. А. Чулкиной, 1991)

Основные

(и дополнительные)

экологические ниши

Группы и нфекций

почвенные воздушно-

капельн

семенные трансмис

сионные

Корневая система и другие

прикорневые органы

(+)

Листья, стебли

(+)

Генеративные органы

(+)

Проводящая система (

) (+) (

) +

Данные, приведенные в табл. 18.2, согласуются с законом конкурентного

исключения Гаузе:

— если два вида занимают в фитоценозе одну и ту же экологическую нишу, то

один из них должен элиминироваться;

—дифференциация экологических ниш снижает конкуренцию между

вредными видами;

— системы отношений в сообществе дифференцированы по нишам

популяций разных видов.

В целом средний недобор, например, урожая пшеницы от грибных болезней

540