УСТОЙЧИВОСТЬ АГРОЭКОСИСТЕМ

Современные агроэкосистемы — один из ключевых факторов формирования и развития биотехносферного пространства и незаменимое средство жизнеобеспечения человечества, поэтому они играют важную функциональную роль в процессах, происходящих вживаться на устойчивом уровне биотой экосистем.

Категория «устойчивость экосистемы» имеет основополагающее значение для оценки современных и перспективных систем земледелия, практических мер по управлению агроэкосистемой, а также эффективности реконструкции существующих и создания новых агроэкосистем. Естественно, что результаты такого рода оценки зависят от смысла, вкладываемого в понятие «устойчивость», которое, что весьма существенно, в современной литературе трактуется по-разному.

Согласно приводившемуся ранее определению устойчивости агроэкосистем – это свойство системы сохранять и поддерживать значение своих параметров и структуры в пространстве и во времени, качественно не меняя характер функционирования. Агроэкосистема представляет трансформированную в результате хозяйственной деятельности человека часть наземной экосистемы. Структуру и функционирование ее регулируют с помощью дополнительного введения вещества (удобрения, пестициды, мелиоранты) и энергии для поддержания оптимальной и стабильной продуктивности выращиваемых культур и предотвращения загрязнения окружающей среды. Природные экосистемы в отличие от агроэкосистем – это совокупность живых организмов в неорганической среде, которые, занимая определенное пространство, связаны между собой обменом вещества и энергии и способны к саморегуляции.

Устойчивость системы, как известно, характеризует принцип Ле Шателье. До прошлого столетия поглощение экосистемами суши углерода подчинялось этому принципу, т.е. в то время биота эффективно компенсировала все воздействия человека на экосистемы и проблемы загрязнения окружающей среды не возникало. Вначале прошлого столетия экосистемы суши не только перестали поглощать избыток углерода из атмосферы, но и сами начали выбрасывать его, увеличивая загрязнение окружающей среды, обусловленное промышленностью и транспортом. Структура экосистем суши оказалась существенно нарушенной.

В доиндостриальную эпоху площади используемых земель составляли менее 5% территории всей суши, причем человек использовал не более 20% производимой на них продукции. Таким образом, общая доля потребляемой человеком продукции биосферы не превышала 1%. Сегодня эта доля на порядок выше. Процессы синтеза и распада органических веществ осуществляются в экосистемах с огромной скоростью, что создает опасность быстрого разрушения окружающей среды при нарушении замкнутости круговорота веществ. Именно благодаря замкнутости биохимических круговоротов функционирование экосистем оказывается возможным и осуществляется на основе энергии, образующейся при распаде органических соединений. Поэтому необходимым условием устойчивости является ограничение притока питательных веществ в экосистему и количества этих веществ, образующихся непосредственно в экосистеме. Продуктивность процессов синтеза и разложения органического вещества должна намного превышать внешнее поступление питательных веществ в экосистему. Если приток покрывает половину биологических потребностей, то поддержание устойчивой замкнутости круговорота веществ становится невозможным. Случайное совпадение количеств питательных веществ, поступающих в систему, и выводимых из нее продуктов жизнедеятельности, сохраняющее стабильность окружающей среды, не может быть устойчивым. Поэтому интенсивности синтеза и разложения должны превосходить внешние потоки питательных веществ настолько, насколько биота, функционирующая на основе замкнутого круговорота веществ, способна компенсировать любые изменения состояния окружающей среды и превосходить по конкурентоспособности биоту, существующую за счет внешних потоков веществ. Следовательно, только запасы и концентрация питательных веществ в окружающей среде могут определяться и поддерживаться на устойчивом уровне биотой экосистем.

Параметрами устойчивости агроэкосистемы являются функции, режимы и свойства почвы; структура, организация и продуктивность агрофитоценоза; структура и организация микробного сообщества; интенсивность и сбалансированность биогеохимического круговорота.

Для количественной оценки устойчивости экосистемы учитывают связь воздействующих факторов (тип, интенсивность, длительность, количество возмущений и др.), а также связь экосистем с основными параметрами, ответственными за ее устойчивость, и областями (зонами) устойчивого состояния. Таких зон может быть от одной до нескольких.

Изменение структуры экосистемы или переход ее параметров в область неустойчивого состояния обусловливают потерю устойчивости. Если переход от одной области устойчивого равновесия в другую сопровождается сохранением внутренних связей экосистемы, проявляется свойство ее упругости, т.е. при переходе из одной области устойчивого равновесия в другую внутренние связи экосистемы сохраняются. Способность экосистемы вернуться в прежнюю область устойчивого равновесия после временного воздействия природного или антропогенного фактора характеризует ее стабильность. Названные категории пригодны и для характеристики антропогенных экосистем. Основная проблема в этом случае заключается в качественной и количественной формализации соответствующих категорий применительно к особенностям агроэкосистемы.

Несомненно, что в ряду параметров, ответственных за устойчивость и стабильность агроэкосистемы, первостепенное значение имеет продуктивность агроценозов, падение которой по самым разным причинам (например, дефицит или избыток элементов минерального питания, засуха или переувлажнение, деградация почвы и т. п., рис. 22.4) ниже заданного уровня свидетельствует о переходе агроэкосистемы в неустойчивую область.

Однако снижение урожайности — это уже конечная фаза реакции агроэкосистемы на имеющиеся возмущения, которой предшествуют изменения других параметров, таких, как и активность микробного сообщества, сбалансированность биогеохимических циклов элементов, уровень плодородия почвы.

Контроль за названными параметрами позволяет выявить скрытые формы нарушений устойчивости и достаточно оперативно поддерживать стабильность агроэкосистемы, т. е. сохранять заданные характеристики параметров в течение определенного промежутка времени. Следовательно, устойчивость и стабильность агроэкосистемы недостаточно рассматривать в виде простой функциональной зависимости между каким-либо воздействующим фактором и одним из параметров, ответственных за устойчивость, как это распространено в большинстве современных моделей.

Более объективную оценку могут дать комплексные почвенно-агрохимические, эколого-физиологические и эколого-токсикологические исследования с применением методов системного анализа и математического моделирования. Наибольшая трудность заключается в выделении зон устойчивости агроэкосистемы, определении их границ и времени сохранения или достижения нового устойчивого состояния при наличии кратковременных или постоянных воздействий, поскольку эти вопросы еще не разработаны в полной мере даже в концептуальном плане.

Рассмотрим некоторые закономерности отклика основных слагаемых агроэкосистемы, которые одновременно являются и параметрами ее устойчивости (микробное сообщество, агрофитоценоз, почва), на действие аграрных форм антропогенного фактора.

Не нашли, что искали? Воспользуйтесь поиском: