Структура Экологической оптимизации агроэкосистем

В отличие от индустриальных или урбанизированных экосистем первоначальный процесс формирования агроэкосистемы из естественной экосистемы прост. Условно говоря, достаточно разрыхлить поверхность почвы и заложить необходимые для будущего урожая семена, предварительно уничтожив в определенной степени естественную растительность. Но и при таком весьма примитивном преобразовании естественной экосистемы ощутимо меняется круговорот веществ. Так, после распашки территории активизируются процессы массообмена, проявляющиеся в интенсификации круговорота биогенных элементов.

Если рассматривать агроэкосистему условно как соединение естественной экологической системы и антропогенной энергии, то следует отметить, что удельные затраты энергии в доиндустриальном сельском хозяйстве были сравнимы с энергопотоками в естественных экосистемах. В интенсивном сельском хозяйстве энергопотребление намного выше, что в конечном итоге уравнивает его по степени влияния на окружающую природную среду с иными антропогенными воздействиями. Как отмечалось, природные экосистемы и агроэкосистемы сходны по авто- трофности. Но при этом природная экосистема представляет собой область с замкнутым циклом и элементов питания, и первичной продукции, т.е. потоки вещества реализуются преимущественно внутри системы, а вынос их почти отсутствует. Агроэкосистемы же создаются для преимущественного выноса продукции из системы, причем иногда за тысячи километров от первоначального источника формирования данной продукции.

Биотическое сообщество природной экосистемы разнообразнее, чем в агроэкосистеме, и полнее использует доступное ей пространство ниши. Характеристики отдельных индивидуумов (генетика, возраст, состояние) внутри определенного вида имеют тенденцию к изменению в природных экосистемах, но относительно постоянны в агроэкосистемах. Природные экосистемы более непрерывные в пространстве и во времени; основная часть полученной в них продукции используется для различных целей в данных экосистемах. Экспорт продуктов продовольствия из агроэкосистем лимитирует использование полученной продукции внутри этих систем и делает их зависимыми от затрат материалов и труда человека.

С одной стороны, агроэкосистемы - естественно-материальный источник производства, а с другой - объект и результат целенаправленной деятельности человека. Каково же соотношение этих двух сторон и как оно меняется под влиянием интенсификации сельскохозяйственного производства?

Как предмет изучения и управления агроэкосистема представляет собой вполне определенную материальную систему со сложной совокупностью активных экологических взаимосвязей которые реализуются в результатах производственной деятельности и условиях воспроизводства природного потенциала.

Агроэкосистемы, как и естественные экосистемы, состоят из множества взаимосвязанных биологических, физических и химических компонентов. Любая группа компонентов, между которыми установились функциональные связи, образует систему (система характеризуется взаимообусловленностью компонентов, а не их суммой, набором). Правомерно полагать, что агроэкосистемы являются особой формой материального мира с определенной совокупностью (как правило, заданной) экологических, экономических и социальных явлений.

Отсутствие общепринятой классификации агроэкосистем восполняется в известной мере типизацией структур земледелия, применяемой ФАО. Согласно этой типизации, выделено пять видов землепользования, по каждому из которых классифицированы агроэкосистемы.

Земледельческое, или полевое, - богарные, орошаемые агроэкосистемы (ротации зерновых, бобовых, кормовых, овощных, бахчевых, технических и лекарственных культур).

Плантационно-садовое - плантационные агроэкосистемы (чайный куст, дерево какао, кофейное дерево, сахарный тростник), садовые агроэкосистемы (плодовые сады, ягодники, виноградники).

Пастбищное - пастбищные агроэкосистемы (отгонные пастбища: тундровые, пустынные, горные; лесные пастбища; улучшенные пастбища: сенокосы, окультуренные луга).

Смешанное - смешанные агроэкосистемы, характеризующиеся равнозначным соотношением и сочетанием нескольких видов землепользования, а также процессов получения как первичной, так и вторичной биологической продукции.

Землепользование в целях производства вторичной биологической продукции — агропромышленные экосистемы (территории интенсивного «индустриализированного» производства молока, мяса, яиц и другой продукции на основе преобладающих процессов снабжения системы веществом и энергией извне).

В процессе формирования, развития и эксплуатации агросистемиых образований принципиально важно учитывать естественное плодородие почв и условия воспроизводства. Можно выделить три базовых типа агроэкосистем: природоемкий, природоохранный и природоулучшающий.

Природоемкие агроэкосистемы характеризуются неполным воспроизводством естественного плодородия что приводит к падению его уровня.

Для природоохранного типа агроэкосистем характерны простое воспроизводство естественного ЯЛ°Д0Р°ДИЯ и> как следствие, сохранение его уровня.

Природоулучшающий тип направлен на Расширенное воспроизводство и повышение уровня естественного плодородия.

В последнее время доминирует природоемкие. Пропорционально типу воспроизводства почвенного плодородия меняется эффективность привносимой в агроэкосистемы антропогенной энергии.

Почва - это базис для создания любой агроэкосистемы, своеобразное средоточие процессов видов изменения веществ и трансформации потоков энергии, главное звено управления агроэкосистемами.

Физико-химические процессы, происходящие в агроэкосистемах, как известно, существенно отличаются от таковых в естественных экосистемах вследствие принесения элементов антропогенного регулирования. Принципиальное отличие даже упрощенных агроэкосистем от естественных заключается в преимущественном выносе с урожаем питательных веществ, аккумулируемых в выращенной продукции. Это явный отличительный признак агроэкосистем, и он не единственный. Почвенное плодородие, определяемое в основном запасами гумуса, является не только главной экохимической и экологической характеристикой агроэкосистем! Уменьшение содержания гумуса ухудшает условия развит) полезной микрофлоры, в том числе и «почвоочиститей». приводит к утрате запасов внутрипочвенной энергии' элементов минерального питания, к усилению процессов смыва и вымывания, т.е. обусловливает деградацию базиса.

Некоторые процессы в агроэкосистемах происходят не так, как в природных системах. Например, скорость инфильтрации воды в природных экосистемах выше, что существенно снижает и поверхностный сток, и вероятное^ Развития эрозии почвы. В естественных условиях эрозию сдерживает также мстительный покров, сохраняющийся в течение всего года.

Потери влаги в природной экосистеме обычно выше. Вследствие больших потерь влаги по почвенному профилю перемещается меньший объем воды, что снижает вымывание и поступление в грунтовые воды питательных веществ.

В природных экосистемах в больших количествах содержатся органические коллоиды, которые обеспечивают ионообменную и водоудерживающую способность почвы. Потери почвой коллоидов в агроэкосистемах вызваны окислением и разрушением органического вещества, что происходит в результате длительной обработки почвы, а также при орошении. Параллельно окислению органического вещества идет и интенсивная минерализация, приводящая к значительным потерям его подвижной части. В агроэкосистемах процессы окисления и минерализации усиливаются вследствие снижения густоты растительного покрова и повышения температуры почвы.

Цикл круговорота биогенных элементов в природных экосистемах более закрытый, чем в агроэкосистемах, где значительная их часть отчуждается с урожаем. Газообразные потери азота из почвы в агроэкосистемах значительно выше, чем в природных экосистемах, вследствие большей активности денитрифицирующих микроорганизмов.

В природных экосистемах способность растений поглощать элементы питания выше, чем скорость образования доступных их форм в почве. Растения природных экосистем имеют более разнообразную корневую систему, что позволяет полнее использовать почвенный профиль. Агротехника, при которой уменьшается разнообразие возделываемых культур, не только снижает эффективность использования влаги, но и увеличивает угрозу потери питательных веществ при вымывании их за пределы корнеобитаемого слоя почвы.