Новости
09.12.2016


08.12.2016


08.12.2016


08.12.2016


07.12.2016


18.12.2015

Термином «агроэкосистема» обычно обозначают совокупность естественных и антропогенных компонентов территории, занятой сельскохозяйственными растениями. В зависимости от целевого использования различают пашенные, садовые, луговые, пастбищные и другие агроэкосистемы. Выделение разных типов агроэкосистем проводится с учетом: размеров используемой площади - от парцельных до крупномасштабных; технологии возделывания - полевые (богарные - орошаемые) и защищенного грунта; доминирующих видов растений - зерновые, садовые, овощные, кормовые и др.; способа использования фитомассы - пастбищные, сенокосные и др.; влияния на окружающую среду - природодеградационные, природоохранные, ресурсовосстанавливающие и средоулучшающие; специализации-животноводческие и комплексные; приоритета используемых факторов интенсификации землепользования - преимущественно химико-техногенные, альтернативные (биодинамические, биоорганические) и адаптивные.
Очевидно, что особенности агроэкосистем во многом определяют и типы агроландшафта. Между тем предлагаемые классификации функционирующих в настоящее время агроландшафтов, учитывающие характер и степень их антропогенного изменения (деградированные, загрязненные, противоэрозионноорганизованные, освоенные, целинные и др.) или род человеческой деятельности (полевые, садовые, лугопастбищные и др.), в большей степени, как уже отмечалось, типизируют «прихоти» самонадеянного земледельца и их последствия, чем естественно-научные закономерности и принципы, которые следовало бы использовать при адаптивном подходе к конструированию агроэкосистем и «встраиванию» их в естественные ландшафты. Иными словами, существующие агроландшафтные, как впрочем, и агроэкосистемные классификации, базирующиеся лишь на типе сельскохозяйственного использования земель, являются чрезмерно упрощенными и не раскрывают геосистемной, экосистемной и биоценотической сущности объекта. В то же время особенности агроэкосистем и агроландшафтов обусловлены как абиотическими, так и биотическими компонентами. Последние, наряду с культивируемыми растениями, включают и другие виды биоты (животных, водоросли, грибы, бактерии и пр.).
С учетом биологической сущности агроэкосистем и агроландшафтов ошибочно классифицировать их только с позиции антропогенных ландшафтов, т.е. полностью трансформированной природы. Любая агроэкосистема - это сочетание естественных (биологических, геохимических и др.) и антропогенных процессов. Резкое снижение биотического разнообразия агроэкосистем, т.е. их биотическое упрощение (доминирующая культура и сопутствующие только ей биотические компоненты - почвенная биота, энтомо- и орнитофауна и др.) нередко превращает ее из динамично равновесной в неравновесную. Ответные реакции таких систем на антропогенные воздействия оказываются более прямыми (линейными) и быстрыми, что в общем соответствует целевым и экономическим задачам хозяйственной эксплуатации. Так, при внесении минеральных удобрений ставится задача их максимального использования растениями для получения высокого урожая. Причем речь идет не о биомассе вообще, а только об используемой человеком ее части. Между тем применение пестицидов, мелиорантов и минеральных удобрений в действительности редко оказывается целевым (адресным), поскольку их потери при современных агротехнологиях составляют от 50 до 90%, что приводит к загрязнению природной среды и разрушению многих механизмов и структур саморегуляции агробиогеоценоза. При этом место обратных отрицательных связей замещают прямые связи, т.е. происходит упрощение ответных реакций, а следовательно, и кибернетических свойств агроэкосистем. Последнее, кстати, и является одной из главных причин все большей зависимости агроэкосистем и агроландшафтов от применения техногенных факторов, а также постоянного снижения экологической емкости и порога допустимой антропогенной нагрузки. Заметим, что отсутствие интегрированной оценки последствий использования техногенных факторов не только сдерживает переход к адаптивной интенсификации растениеводства, но и не позволяет объективно определить его научные приоритеты в долговременной перспективе.
Бесспорно, принципиальное отличие агроэкосистем от естественных природных комплексов заключается в регулярном изъятии человеком большей части биопродукции первых, чем нарушается естественная система трофических связей. Однако происходящие при этом разрушения механизмов и структур саморегуляции обусловлены не только, а нередко и не столько количеством изымаемой биомассы, сколько динамикой и качеством самого процесса (что, когда, зачем). Учитывая именно с этих позиций кризисные аспекты современного растениеводства, удается более верно обозначить и основные факторы повышения продуктивности, ресурсоэнергоэкономичности и природоохранности агроэкосистем. Очевидно, что в их числе должно быть повышение КПД фотосинтетической производительности агрофитоценозов и снижение их затрат на защитно-компенсаторные реакции в течение всей вегетации; увеличение не только продукционных, но и средоулучшающих, а также ресурсовосстанавливающих функций агроэкосистем и агроландшафтов; более полное использование механизмов и структур саморегуляции в агроландшафтах; конструирование их по принципу большей замкнутости биогеохимического круговорота и т.д. Иными словами, должно быть обеспечено неистощительное использование природных ресурсов и биомассы в сфере сельскохозяйственного производства.
По мере вовлечения в продукционный и средоулучшающий процессы агроэкосистем «даровых сил природы», в т.ч. «ландшафтных», и замещения техногенных средств биологическими, а невосполнимых ресурсов неисчерпаемыми и возобновляемыми будут коренным образом изменяться структура, тип и внешний облик агроэкосистем и агроландшафтов, приближая их по уровню продуктивности, экологической безопасности и устойчивости, а также эстетичности к лучшим природным аналогам. В этой связи целесообразна разработка принципов конструирования «агроландшафтов будущего», соответствующих требованиям «высших систем растениеводства» и отличающихся от современных своей «вписываемостью» в природные ландшафты и соответствием требованиям адаптивного природопользования. Причем типология существующих, а тем более «агроландшафтов будущего» должна базироваться не столько на внешних различиях (хотя и описательный этап необходим), сколько на познанных особенностях пространственной, геолого-геоморфологической и гидроклиматической дифференциации, функционирования механизмов и структур саморегуляции (природных и антропогенных), формирования вещественно-энергетических и информационных связей, в т.ч. биогеохимического круговорота, биоэнергетического баланса продукционного и средообразующего процессов и т.д. Общеизвестным примером важности обеспечения биологического разнообразия агроэкосистем в истории растениеводства является переход от сохранявшейся в течение столетий трехпольной системы земледелия к плодосменной, основанной на значительном увеличении числа культивируемых видов растений.
Недооценка роли сохранения биологического разнообразия, а также закономерностей свободно протекающих процессов в растениях, почве и агробиогеоценозах приводит к снижению биогенности почвы, разрушению механизмов и структур саморегуляции, замене стабилизирующего естественного отбора движущим, нарушению экологического равновесия и, как следствие, к снижению продукционных, средоулучшающих и ресурсовозобновляющих функций агроэкосистем. Абсолютизация «искусственности» агроэкосистем и якобы полной их зависимости только от «постоянного потока антропогенной энергии» не позволяет раскрыть главные причины экспоненциального роста затрат исчерпаемых ресурсов на каждую дополнительную единицу растениеводческой продукции, а главное - кардинально изменить парадоксальную ситуацию, состоящую в том, что важнейшая отрасль жизнеобеспечения человечества, базирующаяся на использовании растениями практически неисчерпаемых и экологически безопасных ресурсов Солнца и атмосферы, оказалась в числе наиболее ресурсоэнергорасточительных, природоопасных и не обеспечивающих всевозрастающие потребности населения Земли в продуктах питания.
Каждый из типов агроэкосистем обладает разным уровнем саморегуляции входящих в их состав механизмов и структур. Так, для преимущественно химико-техногенных агроэкосистем характерны высокая потенциальная продуктивность («физиологический предел» проявления хозяйственно ценных признаков) при одновременном снижении их устойчивости к действию абиотических и биотических стрессоров, переход к короткой ротации в севооборотах и даже монокультуре, доминирование ограниченного числа культивируемых видов и сортов растений при увеличении их экологической уязвимости, широкое использование пестицидов для уничтожения вредных видов, разрушение механизмов и структур биоценотической саморегуляции, отношение к почве как к субстрату, требующему полного возврата питательных веществ, все большая зависимость продуктивности агроэкосистем от применения антропогенной энергии, унификация агроландшафтов и потеря ими психолого-эстетической привлекательности, разрушение и загрязнение природной среды. В то же время при конструировании адаптивных агроэкосистем предпочтение отдается сортам и гибридам, сочетающим высокую потенциальную урожайность с экологической устойчивостью, обеспечивается адаптивная «встроенность» в естественные ландшафты, используется большее разнообразие культур и сортов, в т.ч. многовидовые и многосортовые (смешанные) посевы, синтетические и многолинейные сорта. Одновременно достигается поддержание экологического равновесия за счет сохранения и создания новых механизмов и структур саморегуляции, позволяющих управлять динамикой численности популяций полезной и вредной фауны и флоры, а также увеличить долю биоценотической составляющей в продукционных, средообразующих и ресурсовосстанавливающих функциях агроландшафтов. При этом почва рассматривается как живой организм, в котором формирование ризосферной среды и симбиотических связей должно усиливать мобилизацию труднодоступных элементов минерального питания и детоксикацию вредных соединений. В результате исключается загрязнение и разрушение природной среды, а также происходит воспроизводство основных ресурсов (гумуса, почвенного покрова, запасов подпочвенных вод и др.). В целом же устойчивость адаптивных агроэкосистем может быть обеспечена в основном за счет биологического разнообразия, в т.ч. большей видовой и сортовой гетерогенности агрофитоценозов, формирования большего числа структур и механизмов биоценотической саморегуляции, систем полезных симбиотических связей, повышения роли бактерий в биологической азотфиксации, конструирования адаптивных агроландшафтов, широкого использования возможностей фитомелиорации и т.д.
В растениеводстве севооборот традиционно рассматривается как важнейшее средство не только восстановления и поддержания плодородия почвы, но и борьбы с сорняками, возбудителями болезней (грибными, бактериальными) и вредителями. Однако с переходом к преимущественно химико-техногенной системе интенсификации земледелия сложилось убеждение, что использование многовидовых севооборотов и средоулучшающих возможностей культивируемых растений присуще лишь экстенсивному способу ведения сельского хозяйства. Между тем негативная роль сокращения видового разнообразия агроэкосистем и перехода к монокультуре в земледелии известна давно. Еще в начале XX в. было показано, что истощение почвы при монокультуре связано с выделением некоторыми видами растений в почву ингибиторов роста. Поэтому такие культуры, как клевер, лен, мангольд и др., в непрерывных посевах вообще перестают давать урожай.
Конструирование адаптивных агроэкосистем и агроландшафтов базируется на эволюционно-аналоговом подходе, в соответствии с которым биологическое разнообразие обеспечивает их экологическое равновесие, в т.ч. в системе триотрофа «растение - фитофаг - энтомофаг», активизирует средоулучшающие и ресурсовосстанавливающие сукцессии, улучшает микроклимат, повышает число трофических связей, пищевых цепей, замкнутость биогеохимического цикла биофильных элементов и улучшение рекреационных функций. Вышеприведенные и другие различия между техногенными и адаптивными агроэкосистемами, в конечном счете, являются следствием разного уровня их наукоемкости. Если за пределами первых остается использование достижений эволюционной теории, биоценологии, экологической генетики, агроэкологии и других направлений, то для вторых характерна технологизация не только прикладных, но и фундаментальных знаний. Что же касается альтернативных систем, то они не используют ни достижения химического синтеза пестицидов и биологически активных веществ, ни системный подход к природопользованию, в т.ч. оптимальную организацию пространственной структуры агроландшафтов, дифференцированную утилизацию лимитирующих величину и качество урожая природных, биологических, техногенных и других ресурсов. Последнее особенно важно, поскольку, наряду с необходимостью экологически ориентированного управления продуктивностью агроэкосистем, а также воспроизводством таких ресурсов, как гумус, биоразнообразие, запасы почвенных вод и др., долговременное функционирование этих процессов зависит от возмещения потерь фосфора, калия и микроэлементов в почве.
В условиях преимущественно химико-техногенной интенсификации растениеводства выделяют экстенсивные и интенсивные агроэкосистемы, различающиеся по затратам техногенной энергии на единицу площади. К концу XX столетия количество антропогенной энергии, приходящейся на единицу растениеводческой продукции в техногенно-интенсивных агроэкосистемах, увеличилось в 10-25 раз. При этом теряется от 50 до 90% вносимых удобрений, мелиорантов, пестицидов и поливной воды, резко возрастают темпы деградации природной среды. Альтернативные системы, игнорируя роль потоков антропогенной энергии, пока не обеспечивают необходимого роста продуктивности агроценозов, а их доля в валовом производстве сельскохозяйственной продукции не превышает 2-3%. Главная особенность адаптивных (симбиотических) агроэкосистем состоит в их наукоемкости, лежащей в основе реализации высоких продукционных, средоулучшающих и ресурсовосстанавливающих функций агроландшафтов. Адаптивные агроэкосистемы обеспечивают сохранение среды обитания и повышение качества жизни человека на основе широкого использования экологически безопасных неисчерпаемых и воспроизводимых ресурсов, в т.ч. биологического разнообразия. Степень «интенсивности» агроэкосистем определяется не величиной антропогенных субсидий, как таковых, а их влиянием на фотосинтетическую производительность агрофитоценозов и, в первую очередь, снижение затрат исчерпаемых ресурсов на каждую дополнительную единицу общей и используемой биомассы.
Уже сам адаптивный подход к конструированию и эксплуатации агроэкосистем предопределяет многовариантность, динамичность и наукоемкость соответствующего процесса, а следовательно, и его способность интегрировать, более того - технологизировать достижения прикладных и фундаментальных знаний. Реальность такого подхода подтверждается как многочисленными примерами из истории земледельческой культуры, так и использованием наукоемких технологий в современном сельском хозяйстве. В условиях адаптивной интенсификации сельскохозяйственного производства стратегии развития природы и управления функциями агроэкосистем должны не расходиться, как это утверждает Ю. Одум, а, наоборот, взаимодействуя, дополнять и обогащать друг друга, обеспечивая устойчивый рост величины и качества урожая агроэкосистемы и агроландшафта, а также их способность к непрерывному адаптивному реагированию и ресурсовосстановлению. Очевидно, что именно стратегия перехода к адаптивной интенсификации АПК должна выступать в качестве естественно-научной базы формирования рыночных механизмов экономики и регуляторных функций государства.
Особенность стратегии адаптивной интенсификации растениеводства в условиях России, основные положения которой были сформулированы нами еще в 1980-1985 гг., состоит и в том, что она ориентирует на расширение не только продукционной, но и средоулучшающей, в т.ч. ресурсовосстанавливающей, функции агроэкосистем и агроландшафтов, всестороннюю биологизацию и экологизацию интенсификационных процессов, более дифференцированное (высокоточное, прецизионное) использование природных, биологических, техногенных, трудовых, экономических и других ресурсов. Только при смене парадигм природопользования стратегия интенсификации сельскохозяйственного производства может быть экономически обоснованной, социально приемлемой и жизнеспособной в долговременной перспективе. При этом центральное место занимает повышение наукоемкости всей системы сельскохозяйственного природопользования на основе технологизации фундаментальных и прикладных знаний.
В отличие от безранговости естественных экосистем, агроэкосистема имеет определенные границы, которые в хозяйственной практике обычно совпадают с границами сельскохозяйственного предприятия. При таком подходе к определению территории и границ агроэкосистем практически невозможно обеспечить дифференцированное использование природных, биологических, техногенных и других ресурсов, что, кстати, является одним из важнейших критериев уровня адаптивности любой агроэкосистемы. В этой связи мы считаем, что границами конструируемой адаптивной агроэкосистемы должны быть границы АОТ, объединяющих сравнительно однородные по геоморфологии, литологии, типу почвы, микроклимату и другим показателям участки. При таком эволюционно-аналоговом подходе агроэкосистема становится не только хозяйственной, но и естественно-природной единицей, элементы которой объединены не по произволу («прихоти»), а по принципу обеспечения наиболее дифференцированного (высокоточного) и одновременно комплексного (системного), а значит, и эффективного использования природных и антропогенных ресурсов той или иной группой культур. Именно на основе выделения AOT может быть обеспечен переход к адаптивно-ландшафтным системам земледелия, а также формирование такого набора культивируемых видов растений и их размещение во времени и пространстве, при которых агрофитоценозы утилизируют благоприятные факторы окружающей среды, избегают действия абиотических и биотических стрессоров и в итоге достигается максимизация синтеза биомассы в течение вегетационного периода на каждую единицу как солнечной, так и техногенной энергии.
Выделение AOT с целью конструирования соответствующих адаптивных агроэкосистем, по существу, и лежит в основе адаптивности агроэкосистем. В то же время произвольное формирование границ агроэкосистем, т.е. по принципу хозяйственных единиц, в условиях неравномерного (во времени и пространстве) распределения природных ресурсов в большинстве случаев будет неадаптивным (уравнительным), а следовательно, ресурсоэнергорасточительным и природоопасным. Только при выделении агроэкологически однотипных территорий и конструировании на них адаптивных агроэкосистем (набор культур, схемы ротации и пр.) может быть достигнуто наибольшее использование дифференцированной земельной ренты I и II, а значит, и рентабельность растениеводства. Разумеется, в зависимости от адаптивных особенностей групп культур, а также уровня техногенной обеспеченности границы AOT и соответствующих агроэкосистем оказываются динамичными. Однако при этом должен быть реализован принцип соответствия потенциала онтогенетической адаптации культивируемых видов и сортов растений условиям местообитания, сохранения биологического разнообразия как основы биотической саморегуляции и экологического равновесия, оптимизации сельскохозяйственных и естественных угодий, повышения как продукционных, так и ресурсовосстанавливающих функций агроэкосистем.
Чем хуже почвенно-климатические условия в земледельческих зонах, чем ниже уровень техногенной оснащенности хозяйств и уровень дотационности растениеводческой продукции, тем выше роль адаптивности агроэкосистем, характеризующихся оптимальным размещением во времени и пространстве, а также большим набором культивируемых видов и сортов. В основе эффективного использования и сохранения биоразнообразия агроэкосистем лежит высокий уровень приспособленности к условиям внешней среды их важнейших биотических компонентов. Важная роль отводится не только сохранению генетических ресурсов культурных видов растений, но и зеленого каркаса самих агроэкосистем (лесов, лесополос, залежей и пр.), а также механизмов и структур биоценотической саморегуляции. Заметим, что исследования в области сохранения биоразнообразия в экстенсивно используемых экосистемах координируются международной неправительственной организацией «Европейский форум охраны природы и пастбищного хозяйства», разработавшей международную программу Agenda 2000.