Соглашение об использовании материалов сайта

Просим использовать работы, опубликованные на сайте , исключительно в личных целях. Публикация материалов на других сайтах запрещена.
Данная работа (и все другие) доступна для скачивания совершенно бесплатно. Мысленно можете поблагодарить ее автора и коллектив сайта.

Отправить свою хорошую работу в базу знаний просто. Используйте форму, расположенную ниже

Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.

Подобные документы

Понятие агроэкосистемы, оптимизация структуры агроэкосистем, источники химического загрязнения агроэкосистем, экологический дисбаланс функциональных связей в агроэкосистемах. Оценка состояния агроэкосистем России в отношении загрязняющих веществ.

курсовая работа , добавлен 13.11.2003


Сходства и различия природных экосистем и агроэкосистем. Структура агробиоценоза и культурные растения как главный компонент в агрофитоценозе. Опасность потери биоразнообразия на уровне биосферы и необходимость интегрированного подхода к агроэкосистеме.

дипломная работа , добавлен 01.09.2010


Проведение экологического мониторинга агроэкосистем Гатчинского района Ленинградской области. Оценка направленности и интенсивности процессов деградации почв и разработка мероприятий для снижения антропогенного воздействия на агроэкосистемы района.

курсовая работа , добавлен 29.12.2014


Сравнение природной и антропогенной экосистем по Миллеру. Главная цель агроэкосистем, их основные отличия от природных. Понятие и процессы урбанизации. Функциональные зоны урбанистической системы. Среда урбосистем и проблемы утилизации природных ресурсов.

реферат , добавлен 25.01.2010


Понятие, структура и виды экосистем. Поддержание жизнедеятельности организмов и круговорот вещества в экосистемах. Особенности циркуляции солнечной энергии. Биосфера как глобальная экосистема; взаимодействие живого и неживого, биогенная миграция атомов.

курсовая работа , добавлен 10.07.2015


Влажность и адаптация к ней организмов. Типы взаимоотношений организмов в биоценозах. Передача энергии в экосистемах. Пищевая специализация и энергетический баланс консументов. Антропогенное воздействие на литосферу. Процессы водной и ветровой эрозии.

реферат , добавлен 21.02.2012


Кругооборот химических веществ из неорганической среды. Сущность большого (геологического) круговорота. Описание циркуляции веществ в биосфере на примере углерода, азота, кислорода, фосфора и воды. Антропогенные воздействия на окружающую природную среду.

Состояние сельского хозяйства в России и в мире характеризуется устойчивой тенденцией к экспоненциальному росту затрат невосполнимой энергии на каждую дополнительную единицу продукции (в т.ч. пищевую калорию), всевозрастающей опасностью глобального загрязнения и разрушения природной среды, а также высокой зависимостью величины и качества урожая от действия абиотических и биотических стрессоров. Между тем широкое применение техногенных средств во второй половине XX столетия создало иллюзию о якобы высокой степени защищенности агроэкосистем от погодных флуктуаций. При этом не учитывалось, что повышение потенциальной урожайности агроценозов и их устойчивость к абиотическим и биотическим стрессорам оказываются качественно разными и в определенной степени самостоятельными задачами. Известно, что при действии абиотических стрессоров (температурных, водных, эдафических и др.) наибольший урон несут сорта и гибриды именно с высокой потенциальной продуктивностью, которые по сравнению с экстенсивными, как правило, более чувствительны к неблагоприятным, а тем более экстремальным условиям внешней среды.
Действие абиотических и биотических стрессоров - главная причина 2-3-кратных и более различий между потенциальной и реализованной урожайностью сельскохозяйственных культур. Причем, чем хуже почвенно-климатические и погодные условия региона, чем ниже уровень техногенной оснащенности хозяйств, тем выше указанная разница. Заметим, что эффективность применения мелиорантов, удобрений, орошения, пестицидов и других техногенных факторов, в конечном счете, также зависит от экологической устойчивости агроэкосистем и агроландшафтов. Более того, экологическая устойчивость растений важна и в регулируемых условиях внешней среды (например, только «засухоустойчивость» орошаемых культур позволяет им противостоять суховеям; овощные культуры в теплицах должны быть защищены от действия биотических стрессоров и т.д.). Экологическая устойчивость является также и главным условием продвижения экономически оправданного возделывания сельскохозяйственных культур в неблагоприятные по почвенно-климатическим и погодным условиям земледельческие зоны. Известно, что высокая зависимость растениеводства от «капризов» погоды приводит к отрицательным последствиям во всей цепи межотраслевых (кормопроизводство, животноводство, перерабатывающая промышленность) и межрегиональных связей в АПК, значительно усугубляя проблему ритмичного обеспечения населения продуктами питания, а промышленности - сырьем.
Состояние устойчивости или динамического равновесия агроэкосистемы предполагает поддержание определенного уровня ее продуктивности в варьирующих, в т.ч. экстремальных, условиях внешней среды. При этом показатели сохранения динамики численности популяций различных видов фауны и флоры, так же как и биогеохимических циклов, остаются достаточно постоянными во времени и пространстве. Преимущество устойчивых экосистем, находящихся в состоянии динамического равновесия, проявляется в их способности с наибольшей эффективностью утилизировать ресурсы окружающей среды и накапливать наибольшее количество биомассы на единице площади в течение вегетации и в единицу времени.
Стратегия адаптивной интенсификации растениеводства ориентирует на экологически, экономически и морально-психологически приемлемый (допустимый) уровень риска. Важнейшие этапы его определения - идентификация механизмов и характера опасности, а также оценка вероятности их проявления с учетом принятия упредительных мер. В настоящее время с этой целью широко используют основные положения теории катастроф, в соответствии с которой защита от них может быть активной и пассивной, предупредительной и восстановительной. В этой связи различают прогнозы годичный, сезонный, краткосрочный, а также оперативную информацию о наступивших событиях. К примеру, мероприятия по предотвращению пагубных последствий засухи включают агроэкологическое макро-, мезо- и микрорайонирование посевов и посадок; подбор засухоустойчивых культур и сортов (гибридов); сохранение запасов влаги за счет паров, мульчирования, использования кулис и лесополос, строительство ирригационных сооружений и т.д.
Повышение экологической устойчивости агроэкосистем и агроландшафтов - главный резерв устойчивого роста их урожайности, ресурсо-энергоэкономичности, экологической безопасности и рентабельности. Причем современные химико-техногенные методы интенсификации растениеводства лишь в малой степени способны повысить устойчивость агроценозов к «капризам» погоды. Более того, высокие дозы азотных удобрений, орошение, видовая однотипность и загущение посевов обычно уменьшают экологическую устойчивость агроэкосистем. При существующих технологиях теряется, загрязняя окружающую среду, около 50-60% азотных, 70-80% фосфорных и свыше 50% калийных удобрений, до 60-90% поливной воды, а темпы и масштабы водной и ветровой эрозии в условиях техногенно-интенсивного земледелия в большинстве стран достигли катастрофического уровня. В результате по мере роста потенциальной урожайности агроэкосистем их устойчивость к действию экологических стрессоров обычно снижается, а вариабельность абсолютной величины и качества урожая все в большей степени определяется погодными, а не агротехническими факторами. Неслучайно даже в странах с наивысшим уровнем техногенной интенсификации земледелия вариабельность абсолютной урожайности по годам для многих сельскохозяйственных культур на 30-80% зависит от «капризов» погоды. Так, в штате Иллинойс (США) средний коэффициент корреляции между урожайностью кукурузы и погодными факторами равен 0,88. Показано, что климатическая составляющая изменчивости урожайности озимой пшеницы в странах СНГ варьирует до 30% на Украине и Северном Кавказе до 60%, в северо-восточных и восточных регионах России межгодовая вариабельность урожайности зерновых культур превышает 25%.
Ранее уже отмечалось, что лишь 10% пашни в мире свободны от действия стрессовых факторов, около 20% - подвержены минеральному стрессу, 26% - засухам и 15% - низким температурам. Кислые почвы (токсичные концентрации ионов алюминия или марганца) составляют 40% пашни мира. Именно действие абиотических стрессоров - главная причина того, что реализуется лишь 25-30% потенциальной урожайности сельскохозяйственных культур. Полное устранение действия абиотических стрессоров за счет техногенной мелиорации среды обычно оказывается экономически невыгодным или технически неосуществимым.
К числу важнейших факторов, обусловливающих низкую экологическую устойчивость современных агроэкосистем, следует отнести обеднение их видового состава, всевозрастающую генетическую однородность сортов и гибридов, а также единообразие агроландшафтов. Так, в полузасушливых регионах мира около 90% общего производства зерна обеспечивается лишь за счет четырех культур: пшеницы, ячменя, сорго и проса. Тенденция к сокращению видового разнообразия не только не способствует росту полноценности структуры питания, но и неадаптивна с точки зрения наиболее эффективного использования неравномерно распределенных во времени и пространстве почвенно-климатических и погодных условий, а также повышения экологической устойчивости агроэкосистем и агроландшафтов. Известно, что каждый вид и сорт растений имеют свой оптимум условий среды для нормального функционирования фотосинтетического аппарата (температура, pH субстрата, содержание в почве N, Р, К и т.д.). Если растения С4-типа (кукуруза, сорго, сахарный тростник и др.) лучше приспособлены к зонам с высокой температурой (более высокий температурный оптимум фотосинтеза), то растения С3-типа (свекла, подсолнечник, морковь и др.) обеспечивают высокую продуктивность в регионах с более низкими температурами и в лучше вентилируемых посевах. Причем разные виды культивируемых растений в одной и той же почвенно-климатической зоне имеют существенно разную величину климатической и погодной составляющей изменчивости урожайности. Вот почему большее разнообразие сельскохозяйственных культур, особенно подобранных по принципу взаимокомпенсаторности, обеспечивает лучшую преадаптивность, а следовательно, и экологическую надежность систем растениеводства.
Многочисленные данные подтверждают, что преимущественно химико-техногенная интенсификация и узкая специализация хозяйств обычно сопровождаются разрушением естественных элементов ландшафта, снижением разнообразия природных биотопов, исчезновением многих видов растений и животных. При этом широкое применение пестицидов нарушает экологическое равновесие в агроэкосистемах и в большинстве случаев приводит к появлению более агрессивных и вирулентных рас патогенов, а также усилению вредоносности отдельных видов насекомых и сорняков. Уничтожение насекомых должно производиться своевременно.
Все это резко снижает не только эффективность использования техногенных факторов, но и запасы доступной влаги (возрастает вероятность засух), уровень биогенности почвы, темпы микробиологической детоксикации пестицидов и т.д. Из-за водной, ветровой и техногенной эрозии увеличивается пестрота полей по плодородию почвы, резко ухудшаются ее водно-физические свойства, что также значительно усиливает зависимость величины и качества урожаев от «капризов» погоды.
Таким образом, наиболее широко распространенная в настоящее время преимущественно химико-техногенная интенсификация сельского хозяйства находится в очевидном противоречии с основными эволюционными законами, а также концепцией гармоничного развития биосферы и человеческого общества. Даже сторонники преимущественно химико-техногенной интенсификации признают кризисность ситуации в современном сельском хозяйстве, хотя и относят ее к «mild crisis - мягкому кризису». Системный анализ противоречий существующей стратегии интенсификации АПК свидетельствует о ее бесперспективности не только в плане ресурсоэнергосбережения и природоохраны, но и устойчивого повышения продуктивного потенциала агроэкосистем, включая их адаптацию к возможным неблагоприятным глобальным и локальным изменениям климата.
При обсуждении путей повышения устойчивости отечественного сельского хозяйства к неблагоприятным и экстремальным условиям внешней среды заслуживает внимания и краткий исторический анализ этой проблемы. Известно, что средняя урожайность основных зерновых культур (ржи, пшеницы, овса, ячменя и др.) за период с XVII до первой половины XIX вв. в России почти не изменялась, составив в конце XVI - начале XVII вв. - 4,7; в первой и второй половине XVIII в. соответственно 4,8 и 4,9; в первой половине XIX в. - 4,7 ц/га. И только в период 1860-1914 гг. урожайность зерновых на территории Европейской России почти удвоилась, достигнув 9-10 ц/га. Примечательно, что коэффициент межгодовой вариабельности урожайности основных зерновых культур в России за последние 100 лет практически не уменьшился. Так, в 1883 -1911 гг. средняя вариабельность зерновых культур по 50 губерниям Европейской части России была равна для ржи 13,5%, овса - 19,5%, яровой и озимой пшеницы - соответственно 23,7 и 26,9%. Причем по вариабельности валовых сборов зерна пшеницы Россия превосходила все европейские страны и США, уступая лишь Австралии (табл. 6.143, 6.144, 6.145). Оказалось, что для России норма - не средние сборы, а резко отклоняющиеся от нормы. Если учитывать разницу в количестве сборов выше и ниже нормы, то в России требуется в 4,5 раза больше времени для ликвидации недорода, чем в других странах. Количество выдающихся сборов на 10 средних по разным регионам России варьировало от 3,5 до 16,7, количество феноменальных - от 0 до 50, а в среднем - 5. Интенсивность колебаний росла с севера и запада к югу и востоку. В отличие от других стран, где колебания имеют тенденцию от (-) к (+), в России нет четкой тенденции к повышению сборов.
Наибольший ущерб посевам наносят почвенные и атмосферные засухи, которые наблюдаются почти ежегодно на 70% площадей зерновых культур. «В Нечерноземной полосе России, - писал А. Левицкий,- уже давно сложилась народная поговорка, что «не земля родит, а небо...». Наиболее губительны в России весенние засухи, продолжительностью 3-12 дней. Вот почему даже самые хлебородные черноземные губернии, составлявшие «житницу» России, с сожалением отмечал В. Винер в 1912 г, в отдельные годы кормятся привозным хлебом. Характерно, что в близкорасположенных хозяйствах количество выпавших в течение года осадков может различаться в 2-3 раза. Даже в средний по увлажнению год в южных степях Поволжья из-за недостатка влаги как в течение весенне-летней вегетации, так и в осенний период систематический недобор урожая озимой пшеницы равен 5-15 ц/га. С учетом разных коэффициентов вариации урожайности разных культур в одних и тех же условиях внешней среды можно путем соответствующего сочетания культур выровнять валовой сбор зерна, повысив устойчивость его производства в целом (с разным соотношением культур в общем вале) (табл. 6.146).



За 1970-1980 гг., т.е. в период наиболее высоких темпов химикотехногенной интенсификации отечественного сельского хозяйства, амплитуда изменчивости урожайности сельскохозяйственных культур в целом по территории бывшего СССР составляла: для зерновых культур 10,9-18,5 ц/га; сахарной свеклы 181-266 ц/га; картофеля 60-135 ц/га; кукурузы на зерно 24,4-35,0 ц/га. В ряде зон вариабельность урожайности зерновых была значительно выше: в Поволжье 6,0-18,4 ц/га, Западной Сибири 8,8-17,4, Джезказганской области 0,9-11,4, Карагандинской 1,9-13,8 ц/га.
Зависимость урожайности и качества зерна оказывается весьма неодинаковой для разных условий среды, технологий, а также культур. Причем с увеличением засушливости в среднем на 10% эффективность применения удобрений на зерновых культурах уменьшается на 15%. Если климатическая составляющая изменчивости урожаев яровой пшеницы для США в целом равна 0,14, то для Восточно-Сибирского района - 0,16; Поволжского - 0,23; Уральского - 0,27; Западно-Сибирского - 0,34. Аналогичная ситуация и с озимой пшеницей: доля зависящей от климата и изменчивости для Европы в целом не превышает 0,04; Германии - 0,08; Франции - 0,09; Северо-Кавказского района - 0,18; Центрально-Черноземного - 0,23. Примечательно, что число лет, считавшихся неблагоприятными в условиях Среднего Поволжья для получения устойчивого и высокого урожая, в конце XIX в. осталось таким же, как и в конце XX столетия. Анализ производства зерновых культур в мире показывает, что начиная с 1970-х гг. в ряде регионов мира, обеспечивающих 40% производства зерна, снизились и темпы роста урожайности. В предстоящий период этот процесс, по мнению Kogan, затронет регионы, на долю которых приходится 55-65% мирового производства зерна. Поэтому дальнейшее совершенствование технологий, так же как и создание сортов с большей засухоустойчивостью, позволяющих преодолеть водный дефицит, имеет исключительно важное значение.
Указанный спад темпов роста урожайности и производства зерна связан с климатическими условиями, тогда как возможности применяемых технологий достигли своего максимума. Вот почему в ближайшие десятилетия агрономический и технический прогресс в сельском хозяйстве вряд ли позволит уменьшить неблагоприятное воздействие аномальных условий погоды. В связи с этим необходима более полная информация о глобальных и региональных изменениях климата, а также их влиянии на сельскохозяйственное производство. Наряду с неблагоприятными почвенно-климатическими и погодными условиями, причиной указанной ситуации во многих земледельческих зонах России являются низкий уровень техногенной оснащенности хозяйств, а также организационноэкономические условия земледелия, которые недостаточно адаптивны к складывающимся природно-климатическим, погодным и рыночным факторам. В их числе неадаптивность агроэкологического макро-, мезо-и микрорайонирования сельскохозяйственных угодий, игнорирование природоохранной и, прежде всего, почвозащитной и почвоулучшающей функции и видовой структуры посевных площадей, неадаптивность внутрихозяйственного землеустройства, не обеспечивающего дифференцированного использования, а также лимитирующих величину и качество урожая факторов природной среды, низкий уровень агрофильности существующей системы машин и сельскохозяйственных орудий, не учитывающей в должной мере громадное разнообразие почвенноклиматических и погодных условий, несоответствие видовой и породной структуры животноводства местной кормовой базе и т.д.
He ставя задачи раскрыть все причины снижения экологической устойчивости агроэкосистем, сложность и многоплановость которых очевидны, остановимся лишь на некоторых главных, на наш взгляд, особенностях. Как уже отмечалось, интенсификация растениеводства сопровождается сокращением числа культивируемых видов растений, а также все большей генетической однородностью широко распространенных сортов и гибридов. Считается, что в настоящее время около 66% продуктов питания производится благодаря возделыванию всего лишь нескольких зерновых культур, а свыше 90% - за счет 15-20 видов сельскохозяйственных растений. Одновременно наблюдается упрощение агроэкологических систем на всех уровнях, включая снижение функций и даже ликвидацию механизмов и структур саморегуляции. Такая тенденция неизбежно приводит к увеличению экологической и генетической уязвимости агроценозов. Показано, например, что генетическое разнообразие ржавчины злаков, поражающей новые сорта пшеницы, обычно возрастает по мере того как они возделываются на все больших площадях в течение длительного периода. Актуальность создания сортов пшеницы, устойчивых, например, к стеблевой ржавчине, связана с весьма широким распространением и большой вредоносностью Puccinia graminis Per., имеющей более 150 рас. При этом речь идет о высоких темпах генотипической дифференциации популяций вредных видов на посевах устойчивых сортов и гибридов растений. В частности, образование новых штаммов BTM происходит лишь на устойчивом к нему «растении-хозяине», тогда как на восприимчивых растениях новые линии патогена обычно не обнаруживаются.
Отмечается также существенное расширение ареала и усиление вредоносности фузариоза колоса озимой пшеницы и гиббереллеза початков и стебля кукурузы в регионах их массового возделывания. Антифузариозная стратегия защиты агроценозов в зонах пшенично-кукурузного пояса включает введение длинноротационных пшенично-кукурузных севооборотов, возделывание мозаики сортов и гибридов, размещение их по фитосанитарным предшественникам, глубокую вспашку с оборотом пласта и т.д.
В целом, сохраняется положение, которое Макфедьен более 40 лет назад охарактеризовал как состязание между химиками и вредителями, в котором химики всегда неизбежно остаются позади. Удастся ли опровергнуть это мнение Макфедьена, покажет будущее. Однако в современном мире экономика, охрана окружающей среды и здоровье человека настолько взаимосвязаны, что односторонний подход, основанный на использовании только средств химической защиты агроценозов, бесперспективен. Следует учитывать и то обстоятельство, что применение средств химико-техногенной оптимизации условий внешней среды (орошение, удобрения), а также переход к монокультуре или севооборотам с короткой ротацией, хотя и являются важными факторами реализации потенциальной продуктивности техногенно-интенсивных сортов, в не меньшей (а иногда и в большей) степени благоприятствуют массовому распространению некоторых видов патогенов, вредителей и сорняков. Кроме того, некоторые агротехнические приемы (высокие дозы азотных удобрений, орошение, загущенные посевы) значительно снижают устойчивость агрофитоценозов к действию абиотических и биотических стрессоров.
В настоящее время агроном располагает немалым арсеналом средств повышения потенциальной продуктивности растений. Ho его возможности регулировать устойчивость агроценозов в неблагоприятных и особенно в экстремальных условиях среды крайне ограничены. Например, даже в условиях орошаемого земледелия суховей в течение 2-3 часов приводит к снижению урожайности на 50-90%. Более того, при использовании агротехнических приемов, способствующих ростовым процессам, экологическая устойчивость растений, как правило, уменьшается. Причем падение устойчивости к одному из стрессоров вызывает снижение устойчивости и к другим. Поэтому важно использовать все средства экзогенной регуляции экологической устойчивости растений, включая более широкое применение биологически активных веществ.
Исходя из общей концепции стратегии адаптивной интенсификации АПК, а также учитывая главные причины его кризисного состояния в России, в число первоочередных мер по повышению экологической устойчивости агроэкосистем и агроландшафтов должны быть включены:
1. Усиление роли государства в развитии отечественного АПК за счет первоочередного выделения для этих целей материальных и финансовых ресурсов, а также регулирования отечественного рынка сельскохозяйственной продукции.
2. Повышение уровня адаптивности агроэкологического макро-, мезо- и микрорайонирования сельскохозяйственных угодий, меж- и внутрихозяйственного землеустройства, оптимизации региональной структуры растениеводства, животноводства и социально-производственной инфраструктуры.
3. Выбор оптимальных путей сопряжения адаптивной интенсификации АПК с социально-экономическим развитием сельской местности, их взаимной адаптацией и коэволюцией (в местном и региональном масштабах).
4. Разработку адаптивно-ландшафтных схем и форм расселения с целью обеспечения высокого «качества жизни» для жителей села и сохранения здоровой «среды обитания» в долговременной перспективе.
5. Создание компьютерных баз данных и информационных технологий (ретроспективных, текущих, прогнозных, нормативно-справочных, экспертных, экстраполятивных, картографических) адаптивной интенсификации АПК с различной степенью территориального разрешения, интегративности и пространственно-временного соподчинения.

Кризис аграрной цивилизации и генетически модифицированные организмы Глазко Валерий Иванович

Традиционные экстенсивные пути увеличения продуктивности агроэкосистем

Основная нравственная проблема эволюции человека - голод

Одна из основных тенденций развития человеческого общества - непрерывное повышение уровня производства, в конечном счете - производительности труда. Это позволяло человеку в течение всей его истории постепенно увеличивать «емкость среды обитания». Однако если в этом проявляется вся мощь человеческого разума, то в заполнении увеличивающейся емкости среды Homo sapiens ведет себя как любой другой биологический вид. Эту емкость вид заполняет до уровня, на котором регуляторами снова оказываются биологические факторы. Так, по оценкам ООН на 1985 год, смерть от голода угрожала почти 500 млн. человек, или примерно 10% населения мира; в 1995 году периодически или постоянно от голода страдали около 25% людей. Голод является основным эволюционным фактором человечества.

Большой вклад в понимание опасности голода внесла работа международной неправительственной организации, так называемого «Римского клуба», созданного в 60-е годы XX века по инициативе Аурелио Печчеи. В Римском клубе был разработан ряд последовательно уточнявшихся моделей, исследование которых позволило рассмотреть некоторые сценарии возможного развития будущего Земли и судьбы человечества на ней. Результаты этих работ встревожили весь мир. Стало ясно, что путь развития цивилизации, ориентированный на постоянное увеличение производства и потребления, ведет в тупик, поскольку не согласуется с ограниченностью ресурсов на планете и возможностями биосферы перерабатывать и обезвреживать отходы промышленности. Эта угроза биосфере Земли вследствие нарушения устойчивости экосистем получила название экологического кризиса. С тех пор и в научной литературе, и в широкой печати, в средствах массовой информации постоянно обсуждаются различные проблемы, связанные с угрозой всепланетного, глобального экологического кризиса.

Хотя после выхода работ Римского клуба многие оптимисты выступали с «опровержениями» и «разоблачениями», не говоря уж о научной критике предсказаний первых глобальных моделей (и в самом деле не вполне совершенных, как и любая модель сложной системы), уже через 20 лет можно было констатировать, что реальный уровень численности населения Земли, отставания производства продовольствия от роста потребности в нем, уровень загрязнения природной среды, рост заболеваемости и многие другие показатели оказались близки к тому, что прогнозировалось этими моделями. А поскольку именно экология оказалась наукой, имеющей методологию и опыт анализа сложных природных систем, включая влияние антропогенных факторов, прогнозировавшийся глобальными моделями кризис стали называть «экологическим».

Хотя площадь суши вдвое меньше, чем площадь, занимаемая океанами, годовая первичная продукция углерода ее экосистемами более чем вдвое превышает таковую Мирового океана (52,8 млрд. тонн и 24,8 млрд. тонн соответственно). По относительной продуктивности наземные экосистемы в 7 раз превышают продуктивность экосистем океана. Из этого, в частности, следует, что надежды на то, что полное освоение биологических ресурсов океана позволит человечеству решить продовольственную проблему, не очень обоснованы. По-видимому, возможности в этой области невелики - уже сейчас уровень эксплуатации многих популяций рыб, китообразных, ластоногих близок к критическому, для многих промысловых беспозвоночных - моллюсков, ракообразных и других, в связи со значительным падением их численности в природных популяциях, стало экономически выгодным разведение их на специализированных морских фермах, развитие марикультуры. Примерно таково же и положение со съедобными водорослями, такими как ламинария (морская капуста) и фукус, а также водорослями, используемыми в промышленности для получения агар-агара и многих других ценнейших веществ (Розанов, 2001).

Развивающиеся страны и страны с переходной экономикой стремятся в первую очередь к продовольственной независимости. Они хотят производить пищу сами, а не зависеть от других стран, ибо продовольствие - это, пожалуй, самое грозное до сих пор политическое оружие и оружие давления в современном мире (пример - Россия, которая ввозит до 40 процентов продовольствия). Чтобы удвоить производство продовольствия и снять зависимость, необходимы новые технологии, знания о генах, определяющих урожайность и другие важные потребительские свойства основных сельскохозяйственных культур. Предстоит также серьезно потрудиться над адаптацией этих культур к конкретным экологическим условиям этих стран. Иными словами, приходится надеяться на трансгенные, или генно-модифицированные организмы (ГМО), выращивание которых значительно дешевле, меньше загрязняет окружающую среду и не требует привлечения новых территорий.

Мир как был несовершенен, так и остался. Первая Всемирная продовольственная конференция состоялась более 30 лет назад, в 1974 г. На ней было подсчитано, что в мире существовало 840 млн жертв хронического недоедания. Вопреки сопротивлению многих, она впервые провозгласила «неотъемлемое право человека на свободу от голода».

Итоги реализации этого права были подведены на Всемирном продовольственном форуме в Риме 22 года спустя. Он зафиксировал крах надежд мирового сообщества на обуздание голода, так как положение на фронте борьбы с этим социальным злом осталось без перемен. В связи с этим римская встреча наметила более скромные цели - снизить количество голодающих к 2015 г хотя бы до 400 млн человек.

С тех пор эта проблема еще больше обострилась. Как отмечалось в докладе генсека ООН Кофи А.Анана «Предотвращение войн и бедствий», сегодня прожиточный уровень свыше 1,5 млрд чел. - менее доллара в день, 830 млн страдают от голода. За период 1960-2000 гг. производство всех видов сельскохозяйственной продукции увеличилось с 3,8 млрд. до 7,4 млрд. т. Однако количество продовольствия, произведенного в среднем на 1 человека, осталось неизменным (1,23 т/чел). В настоящее время в мире недоедает почти половина населения, а четвертая часть голодает. В странах Западной Европы, Северной Америки и в Японии, где наибольшее распространение получила преимущественно химико-техногенная интенсификация сельского хозяйства и проживает менее 20% населения земного шара, в пересчете на каждого человека расходуется в 50 раз больше ресурсов по сравнению с развивающимися странами и выбрасывается в окружающую среду около 80% всех вредных промышленных отходов (доклад комиссии ВОЗ), что ставит на грань экологической катастрофы все человечество.

Сельское хозяйство - уникальный вид человеческой деятельности, который можно одновременно рассматривать как искусство и науку. И всегда главной целью этой деятельности оставался рост производства продукции, которое ныне достигло 5 млрд т в год. Чтобы накормить растущее население Земли, к 2025 г. этот показатель предстоит увеличить по меньшей мере на 50%. Но такого результата производители сельскохозяйственной продукции смогут достичь только в том случае, если в любой точке мира получат доступ к самым передовым методам выращивания самых высокоурожайных сортов культурных растений. Для этого им необходимо также овладеть всеми последними достижениями сельскохозяйственной биотехнологии, в частности, получения и выращивания генетически модифицированных организмов.

Из книги Пранаяма. Сознательный способ дыхания. автора Гупта Ранджит Сен

1.4. Дыхательные пути Гайморовы пазухи, глотка, гортань, внеторакальные (расположенные выше грудной клетки) участки трахеи и так далее, передающие поток воздуха из окружающей среды вниз к альвеолам через дыхательные ворота организма, а также нос и рот, определяются как

Из книги Жизнь лесных дебрей автора Сергеев Борис Федорович
Из книги Новая наука о жизни автора Шелдрейк Руперт

7.3. Измененные пути морфогенеза В то время как факторы, влияющие на морфогенетические зародыши, производят в морфогенезе качественные эффекты, такие как отсутствие какой-либо структуры или замена одной структуры на другую, многие генетические факторы или воздействия

Из книги Пути, которые мы избираем автора Поповский Александр Данилович
Из книги Думают ли животные? автора Фишель Вернер

Выученные обходные пути В природе животное не всегда может достичь своей цели прямым путем, будь то поиски пищи или бегство. Иногда путь ему преграждают непроходимые заросли, в другом случае - водоем или отвесная стена скалы. Обходя эти препятствия, животное приобретает

Из книги Странности эволюции 2 [Ошибки и неудачи в природе] автора Циттлау Йорг

Пингвин на голодном пути Под водой пингвин настоящий ас. Его веретенообразное тело так глубоко скрывается в приливах, что над водой приподнимаются только голова, шея и часть спины. Его кости - в отличие от костей его летающих собратьев - содержат совсем немного воздуха,

Из книги Мир лесных дебрей автора Сергеев Борис Федорович

ПУТИ СНАБЖЕНИЯ У берегов восточного Крыма, там, где горбится величественный горный массив Карадаг, прямо из голубых вод Черного моря поднимается грандиозная скала Золотые ворота, похожая на огромную арку, увенчанную шпилем. Старожилы окрестных городов и поселков,

Из книги Неандертальцы [История несостоявшегося человечества] автора Вишняцкий Леонид Борисович
Из книги Рассказы о биоэнергетике автора Скулачев Владимир Петрович

Глава 4. Два пути Факт или артефакт? Профессор С. Северин, узнав, что вслед за Шарфшвертом я освоил заокеанскую методику, попросил применить ее к другому объекту: вместо печени крысы надо было взять грудную мышцу голубя. План моего руководителя состоял в том, чтобы

Из книги Мир животных. Том 6 [Рассказы о домашних животных] автора Акимушкин Игорь Иванович

Начало пути Однажды, просматривая в библиотеке биофака новые журналы, я наткнулся на короткую статью в «Нэйчер» под названием «Сопряжение окисления и фосфорилирования механизмом хемиосмотического типа». Автор П. Митчел - новое имя в биоэнергетике. И термин

Из книги Сыроедение против предрассудков. Эволюция в питании человека автора Демчуков Артём

На пути к доместикации «Доместикация» значит «одомашнивание». Есть виды животных, прирученные человеком, которые близки к тому, чтобы стать домашними. И один из наиболее вероятных кандидатов - африканская антилопа канна. Собственно говоря, в Древнем Египте она уже была

Из книги Энергия жизни [От искры до фотосинтеза] автора Азимов Айзек

Начало пути… Не секрет, что в нашем обществе традиционно утвердилось мнение о том, что употребление мяса естественно для человека. В связи с этим «рядовому» представителю этого общества практически не оставляется шансов узнать о последствиях связанных с его

Из книги Хозяева Земли автора Уилсон Эдвард

Глава 24. ГДЕ СХОДЯТСЯ ВСЕ ПУТИ Последние четыре главы были посвящены, тем или иным образом, процессам, связанным с катаболизмом глюкозы - сначала до молочной кислоты путем анаэробного гликолиза, потом - до углекислоты и воды путем цикла Кребса. Однако нельзя сказать,

Из книги Виролюция. Важнейшая книга об эволюции после «Эгоистичного гена» Ричарда Докинза автора Райан Фрэнк

2. Два пути завоевания Люди создают культуры, используя податливые языки. Мы изобретаем понятные нам символы и за счет них выстраиваем коммуникационные сети, на много порядков более обширные, чем у животных. Мы завоевали биосферу и опустошили ее так, как никакой другой вид

Из книги Тайны пола [Мужчина и женщина в зеркале эволюции] автора Бутовская Марина Львовна

15. В конце пути Воистину, чем больше я смотрю на творения природы, тем более готов увидеть в ней самое невероятное. Плиний Во введении к этой книге я пригласил вас, читатель, отправиться со мною в необычное путешествие. Надеюсь, теперь вы увидели своими глазами, насколько

Из книги автора

Традиционные и современные взгляды на развитие общества (а был ли матриархат?) Долгое время в отечественной истории первобытности преобладала точка зрения о единообразных путях социальной эволюции в разных районах мира. В рамках этих представлений считалось, что в

Выражение «зеленая революция» употребил впервые в 1968 г. Директор Агентства США по международному развитию В.Гауд, пытаясь охарактеризовать прорыв, достигнутый в производстве продовольствия на планете за счет широкого распространения новых высокопродуктивных и низкорослых сортов пшеницы и риса в странах Азии, страдавших от нехватки продовольствия. Она ознаменовала собой начало новой эры развития сельского хозяйства на планете, эры, в которую сельскохозяйственная наука смогла предложить ряд усовершенствованных технологий в соответствии со специфическими условиями, характерными для фермерских хозяйств в развивающихся странах. Это потребовало внесения больших доз минеральных удобрений и мелиорантов, использования полного набора пестицидов и средств механизации, в результате произошел экспоненциональный рост затрат исчерпаемых ресурсов на каждую дополнительную единицу урожая, в том числе пищевую калорию.

Идеолог Зеленой революции Норманн Борлауг, получивший за её результаты в 1970 г. Нобелевскую премию, предупреждал, что повышение урожайности традиционными методами может обеспечить продовольствием 6-7 млрд. человек. Демографический рост требует новых технологий в создании высокопродуктивных сортов растений, пород животных и штаммов микроорганизмов, которые позволят прокормить население численностью более 10 млрд. человек.

Работа, начатая Н.И. Вавиловым и Н.Борлаугом и его коллегами в Мексике в 1944 г., продемонстрировала исключительно высокую эффективность целенаправленной селекции по созданию высокоурожайных сортов сельскохозяйственных растений. Уже к концу 60-х годов широкое распространение новых сортов пшеницы и риса позволило многим странам мира (Мексике, Индии, Пакистану, Турции, Бангладеш, Филиппинам и др.) в 2-3 и более раз увеличить урожайность этих важнейших культур. Однако вскоре обнаружились и негативные стороны «зеленой революции». Вероятно, в связи с тем, что она была, в основном технологической, а не биологической.

Успехи селекции велики, её вклад в повышение урожайности важнейших сельскохозяйственных культур за последние 30 лет оценивается в 40-80%. В повышение эффективности сельского хозяйства важную роль играет гибридизация. Так, при перекрестном опылении кукурузы образуются более сильные и урожайные гибриды. В компании «Plant Genetic System» в Генте такие гибриды получены не только для кукурузы, но и для рапса. Китай полностью обеспечил свою продовольственную безопасность. Именно в Китае достигнуты большие успехи в селекции риса. Это, прежде всего, высокоурожайные гибриды Золотой водопад и др.) на основе традиционных местных сортов, дающие 12-18 т/га вместо обычных 2,5-3. Сейчас их выращивают на огромных площадях в Китае, Вьетнаме и других странах Юго-Восточной Азии.





Сложность путей создания сортов становится наглядной, если, например, учесть перечень требований к новому сорту пшеницы по классическому подсчету Н.И.Вавилова. В число признаков, которым должен соответствовать новый сорт входит 46 пунктов: высокий вес 1000 семян; крупный, при созревании не осыпающийся колос; не прорастающее на корню и в снопах зерно; прочная, неполегающая соломина; оптимальное соотношение массы зерна и соломины; иммунитет к вредителям, болезням; устойчивость к засухам; пригодность к механизированной уборке и т.д. Ныне количество требований выросло еще больше. Чем больше признаков селекционер стремится объединить в одном сорте или гибриде, тем ниже темпы искусственного отбора, тем больше времени требуется для создания нового сорта. Наличие отрицательных генетических и биоэнергетических по своей природе корреляций между признаками существенно снижает темпы создания новых сортов.

Повышение эффективности селекционного процесса предполагает контроль целого комплекса популяционно- генетических характеристик и, прежде всего, таких как засоление почв, вызванное плохо спроектированными ирригационными системами, а также загрязнение почв и водоемов, обусловленное в значительной мере избыточным использованием удобрений и химических средств защиты.

Перспективы решения проблемы голода с использованием традиционных подходов селекции не внушают надежд. К 2015 г. около 2 млрд человек будут жить в бедности. Растениеводы давно пытались решить эту проблему, издавна занимаясь выведением новых, высокопродуктивных сортов, традиционными путями при помощи скрещивания и отбора, т.е. естественными путями, главные недостатки которых – ненадежность и малая вероятность получения селекционером то, что он запланировал. Кроме того, часто жизни не хватает для создания нового сорта, т.е. слишком большие временные затраты.

Обычно для получения новых сортов и пород животных используют скрещивание и методы радиационного и химического мутагенеза. Среди проблем, ограничивающих возможности традиционной селекции, можно выделить следующие: приобретение одного желательного гена сопровождается часто потерей другого; некоторые гены остаются связанными друг с другом, что значительно затрудняет отделение положительных в

Главные достоинства методов генетической инженерии заключается в том, что они позволяют передавать один или несколько генов от одного организма другому без сложных скрещиваний, причем донор и реципиент не обязательно должны быть близко родственными. Это резко увеличивает разнообразие изменяемых свойств, ускоряет процесс получения организмов с заданными свойствами. Вооруженная генно- инженерными методами селекция не может одномоментно решить все проблемы, однако она гарантирует хотя и скромные, но прочные, непрерывные и эффективные успехи в сельском хозяйстве.

Замена генетически разнообразных местных сортов новыми высокоурожайными сортами и гибридами значительно усилила уязвимость агроценозов, то было неизбежным результатом обеднения видового состава и генетического разнообразия агроэкосистем. Массовому распространению вредных видов, как правило, способствовали и высокие дозы удобрений, орошение, загущение посевов, переход к монокультуре, минимальным и нулевым системам обработки почвы и т.д.

Современные сорта позволяют повысить среднюю урожайность за счет более эффективных способов выращивания растений и ухода за ними, за счет их большей устойчивости к насекомым- вредителям и основным болезням. Однако, они лишь тогда позволяют получить заметно больший урожай, когда им обеспечен надлежащий уход, строгое выполнение агротехнических приемов в соответствии с календарем и стадией развития растений (внесение удобрений, полив, контроль влажности почвы и борьба с насекомыми- вредителями). Усиливается зависимость продуктивности агроэкосистем от техногенных факторов, ускоряются процессы и возрастают масштабы загрязнения и разрушения окружающей среды. При внедрении новых сортов необходимы дополнительные меры по борьбе с сорняками, вредителями и болезнями.

Интенсивная технология приводит к деградации почв; ирригация, которая не учитывает особенности почвы, вызывает их эрозию; накопление пестицидов разрушает баланс и системы регуляций между видами – уничтожая полезные виды наряду с вредными, иногда стимулируя безудержное размножение вредного вида, который получил устойчивость к пестицидам; токсичные вещества, содержащиеся в пестицидах, переходят в продукты питания и ухудшают здоровье потребителей и т.д.

Многие специалисты считают, что в ХХ1 в. Предстоит вторая «зеленая революция», ДНК технологическая. Без этого не удастся обеспечить человеческое существование всем, кто приходит в этот мир.. Потребуются немалые усилия как традиционной селекции, так и современной сельскохозяйственной ДНК- технологии, для того, чтобы добиться генетического совершенствования продовольственных растений в темпе, который позволил бы к 2025 г. удовлетворить потребности 8,3 млрд. человек.

Биологические методы поддержания плодородия почв – органические удобрения, смена и оптимальное сочетание культур, переход от химической защиты растений к биологической, строго соответствующие местным особенностям почв и климата, способы обработки почв (например, безотвальная пахота) – необходимые условия сохранения и повышения плодородия почв и стабилизации производства продовольствия достаточно высокого качества и безопасного для здоровья людей.

Биотехнологии в растениеводстве. Все биотехнологические этапы производственных процессов peaлизуются с помощью живых организмов. В основе большинства классических методов биотехнологии используются ферментативные процессы и в большинстве случаев объектами исследований являются микроорганизмы. Однако, бесспорное значение имеют и другие живые организмы-растения и животные, улучшение которых осуществляется с применение традиционных методов генетики, селекции, физиологии, биохимии и др. Универсальный характер современной биотехнологии проявляется широком использовании методов клеточной и генной инженерии.

Человечество с надеждой ожидает создание таких клеточных кулытур, с помощью которых можно будет производить ценные лекарственные препараты, устранить ряд наследственных, раковых и других заболеваний способствовать очистке и улучшению экологического состояния окружающей среды. Особенно перспективным представляется возможность получения новых высокопродуктивных форм растений с улучшенными показателями качества продукции. Темпы развития биотехнологии в настоящее время можно сравнить с впечатляющим прогрессом компьютерной техники более 20 лет назад, а толчком к этому послужило рождение генетической и клеточной инженерии.

Улучшение культивируемых сортов и повышение их продуктивности. Исследовательская работа по селекции новых высокоурожайных сортов хлебных злаков, в первую очередь пшеницы, была начата после второй мировой войны. Новые сорта пшеницы были выведены в Мексике, риса -на Филиппинах. Выражение "зеленая революция" появилось в середа 60-х гг. после введения в культуру этих сортов и выдвигало целый компмлекс мер, направленных на увеличение сельскохозяйственного производительности. Достигнутые результаты по селекции новых высокоурожайных сорта можно записать в актив традиционных исследований по генетике и ycoвешенствованию растений. Использованная для их получения технолгия заключалась в переносе методом скрещивания целых "созвездий" хромосомных детерминант.

Чаще всего благоприятны) являются не все признаки особи. Например, у хлебных злаков, растет прямостоящими листьями (признак, выгодный при густом посеве) могут иметь более мелкие колосья, следовательно, они будут давать и меньше зерен. Чтобы добиться успеха в отборе линий, имеющих агрономически ценные признаки, селекционеру необходимо обладать терпением высоким мастерством.

Вторая зеленая революция, о которой начали говорить с середин 70-х годов, хотя она не произошла и до сих пор, станет результатом исследований, направленных на селекцию и культивирование новых растет: устойчивых к болезням, вредителям и засухе, и которые можно будет вырашивать без применения удобрений и пестицидов.

Умелое сочетание методов культивирования in vitro с классически методами селекции значительно ускорит селекционный процесс.

Ранее нами было рассмотрено (глава 4.1), что каждую минуту на 1 см 2 верхнего слоя земной атмосферы поступает 2 калории солнечной энергии - так называемая солнечная постоянная, или константа. Использование растениями световой энергии относительно невелико. Только небольшая часть солнечного спектра, так называемая ФАР (фотосинтетически активная радиация с длиной волны 380-710 нм, 21-46% солнечной радиации) используется в процессе фотосинтеза. В зоне умеренного климата на сельскохозяйственных землях КПД фотосинтеза не превышает 1,5-2%, а чаще всего он равен 0,5%.

В развивающемся мировом сельском хозяйстве различаются по количеству поступающей и используемой человеком энергии и ее источнику несколько типов экосистем (М.С. Соколов и др 1994).

1. Естественные экосистемы. Единственным источником энергии является солнечная (океан, горные леса). Эти экосистемы представляют собой основную опору жизни на Земле (приток энергии в среднем 0,2 ккал/см 2 год).

2. Высокопродуктивные естественные экосистемы. Кроме солнечной, используются другие естественные источники энергии (каменный уголь, торф и т. д.). К ним относятся лиманы, дельты крупных рек, влажные тропические леса и другие естественные экосистемы, обладающие высокой продуктивностью. Здесь в избытке синтезируется органическое вещество, которое используется или накапливается (приток энергии в среднем 2 ккал/см 2 год).

3. Агроэкосистемы, близкие к естественным экосистемам. Наряду с солнечной энергией используются дополнительные источники, создаваемые человеком. Сюда относятся системы сельского и водного хозяйства, которые производят продовольствие и сырье. Дополнительные источники энергии - ископаемое топливо, энергия обмена веществ людей и животных (приток энергии в среднем 2 ккал/см 2 год).

4. Агроэкосистемы интенсивного типа. Связаны с потреблением больших количеств нефтепродуктов и агрохимикатов. Они более продуктивны в сравнении с предыдущими экосистемами, отличаясь высокой энергоемкостью (приток энергии в среднем 20 ккал/см 2 год).

5. Промышленные (городские) экосистемы. Получают готовую энергию (газ, уголь, электричество). К ним относятся города, пригородные и промышленные зоны. Они являются как генераторами улучшения жизни, так и источниками загрязнения среды (поскольку прямая солнечная энергия не используется):

Эти системы биологически связаны с предыдущими. Промышленные экосистемы очень энергоемкости (приток энергии в сред-" нем 200 ккал/см 2 год).

Основные отличительные особенности функционирования природных экосистем и агроэкосистем.

1. Разное направление отбора. Для природных экосистем xaрактерен естественный отбор, который ведет к фундаментальному их свойству - устойчивости, отметая неустойчивые, нежизнеспособные формы организмов их сообществ.




Агроэкосистемы создаются и поддерживаются человеком. Главным здесь является искусственный отбор, который направлен на повышение урожайности сельскохозяйственных культур. Нередко урожайность сорта не связана с его устойчивостью к факторам окружающей среды, вредными организмами.

2. Разнообразие экологического состава фитоценоза обеспечивает устойчивость продукционного состава в естественной экосистеме при колебании в различные годы погодных условий. Угнетение одних видов растений приводит к повышению продуктивности других. В результате фитоценоз и экосистема в целом сохраняет способность к созданию определенного уровня продукции в разные годы.

Агроценоз полевых культур - сообщество монодоминантное, а нередко и односортовое. На всех растениях агроценоза действие неблагоприятных факторов отражается одинаково. Не может быть компенсировано угнетение роста и развития основной культуры усиленным ростом других видов растений. И как результат, устойчивость продуктивности агроценоза ниже, чем в естественных экосистемах.

3. Наличие разнообразия видового состава растений с различными фенологическими ритмами дает возможность фитоценозу как целостной системе осуществлять непрерывно в течение всего вегетационного периода продукционный процесс, полно и экономно расходуя ресурсы тепла, влаги и питательных элементов.

Период вегетации культивируемых растений в агроценозах короче вегетационного сезона. В отличие от естественных фитоценозов, где виды различного биологического ритма достигают максимальной биомассы в разное время вегетационного сезона, в агроценозе рост растений одновременен и последовательность стадий развития, как правило, синхронизирована. Отсюда, время взаимодействия фитоком-понента с другими компонентами (например, почвой) в агроценозе намного короче, что, естественно, сказывается на интенсивности обменных процессов в целой системе.

Разновременность развития растений в естественной (природной) экосистеме и одновременность их развития в агроценозе приводят к различному ритму продукционного процесса. Ритм продукционного процесса, например, в естественных лугопастбищных экосистемах, задает ритм деструкционным процессам или определяет скорость минерализации растительных остатков и время ее максимальной и минимальной интенсивности. Ритм дест-рукционных процессов в агроценозах в значительно меньшей степени зависит от ритма продукционного процесса, ввиду того что наземные растительные остатки поступают на почву и в почву на короткий промежуток времени, как правило, в конце лета и в начале осени, а их минерализация осуществляется главным образом на следующий год.

4. Существенным различием естественных экосистем и агроэкосистем является степень скомпенсированности круговорота веществ внутри экосистемы. Круговороты веществ (химических элементов) в естественных экосистемах осуществляются по замкнутым циклам или близки к скомпенсированности: приход вещества в цикл за определенный период в среднем равен выходу вещества из цикла, а отсюда внутри цикла приход вещества в каждый блок приблизительно равен вькоду вещества из него (рис. 18.5).

Рис. 18.5. Круговорот питательных веществ в

естественной экосистеме (по А. Тарабрину, 1981)

Антропогенные воздействия нарушают замкнутость круговорота веществ в экосистемах (рис. 18.6).

Рис. 18.6. Круговорот питательных веществ в

агроэкосистеме (по А. Тарабрину, 1981)

Часть вещества в агроценозах безвозвратно изымается из экосистемы. При высоких нормах внесения удобрений для отдельных элементов может наблюдаться явление, когда величина входа элементов питания в растения из почвы оказывается меньше величины поступления элементов питания в почву из разлагающихся растительных остатков и удобрений. С хозяйственно полезной продукцией в агроценозах отчуждается 50-60% органического вещества от его количества, аккумулированного в продукции.

5. Природные экосистемы являются системами, если можно так выразиться, авторегуляторными, а агроценозы - управляемые человеком. Для достижения своей цели человек в агроценозе изменяет или контролирует в значительной мере влияние природных факторов, дает преимущества в росте и развитии, главным образом компонентам, которые продуцируют пищу. Основная задача в связи с этим - найти условия повышения урожайности при минимализации энергетических и вещественных затрат, повышении почвенного плодородия. Решение данной задачи состоит в наиболее полном использовании агрофитоценозами природных ресурсов и создании скомпенсированных циклов химических элементов в агроценозах. Полнота использования ресурсов определяется генетическими особенностями сорта, продолжительностью вегетации, неоднородностью компонентов в совместных посевах, ярусностью посева и т. д.

Следовательно, делает вывод М.С. Соколов и др. (1994), самый строгий контроль состояния агроэкосистем, который требует значительных затрат энергии, можно осуществить только в закрытом пространстве. К данной категории относят полуоткрытые системы с весьма ограниченными каналами сообщения с внешней средой (теплицы, животноводческие коплексы), где регулируются и в значительной степени контролируются температура, радиация, круговорот минеральных и органических веществ. Это - управляемые агроэкосис-темы. Все другие агроэкосистемы - открытые. Со стороны человека эффективность контроля тем выше, чем они проще.

В полуоткрытые и открытых системах усилия человека сводятся к обеспечению оптимальных условий роста организмов и строгому биологическому контролю за их составом. Исходя из этого возникают следующие практические задачи:

Во-первых, по возможности полное устранение нежелательных видов;

Во-вторых, отбор генотипов, обладающих высокой потенциальной продуктивностью.

В целом круговорот веществ связывает различные виды, населяющие а^оэкосистемы (рис. 18.7).

Рис. 18.7. Поток энергии в пастбищной агроэкосистеме

(по Н.А. Уразаеву и др., 1996) :

Примечание: белыми стрелками показана миграция веществ от продуцентов к первичным и вторичным консументам, черными - минерализация органических остатков растений и животных

В биосфере многие циркулирующие вещества биогенного происхождения одновременно являются и носителями энергии. Растения в процессе фотосинтеза превращают лучистую энергию Солнца в энергию химических связей органических веществ и накапливают ее в форме углеводов - потенциальных энергоносителей. Данная энергия включается в круговорот питания от растений через фитофаги к консументам более высоких порядков. Количество связанной энергии по мере движения по трофической цепи постоянно уменьшается, так как значительная ее часть расходуется для поддержания жизненных функций консументов. Благодаря круговороту энергии в экосистеме поддерживается разнообразие форм жизни, а система сохраняет устойчивость.

По М.С. Соколову и др. (1994) расход фотосинтетической энергии растений в агроэкосистеме на примере лугопастбищных угодий средней полосы России выглядит следующим образом:

Около 1/6 части используемой растениями энергии расходуется на дыхание;

Около 1/4 части энергии поступает в организм растительнояд-ных животных. При этом 50% ее оказывается в экскрементах и трупах животных;

В целом вместе с отмершими растениями и фитофагами около 3/4 первоначально поглощенной энергии содержится в мертвом органическом веществе и немногим более 1/4 исключается из экосистемы при дыхании в форме тепла.

Еще раз отметим, что поток энергии в пищевой цепи агроэко-системы подчиняется закону превращения энергии в экосистемах, так называемому закону Линдемана, или закону 10%. По закону Линдемана, только часть энергии, поступившей на определенный трофический уровень агроценоза (биоценоза), передается организмам, находящимся на более высоких трофических уровнях (рис. 18.8).

Рис. 18.8. Потери энергии в пищевой цепи (по Т. Миллеру, 1994)

Передача энергии с одного уровня на другой происходит с очень малым КПД. Этим объясняется ограниченное количество звеньев в пищевой цепи независимо от того или иного агроценоза.

Количество энергии, продуцируемое в конкретной природной экосистеме, является довольно стабильной величиной. Благодаря способности экосистемы производить биомассу, человек получает необходимые ему пищевые и многие технические ресурсы. Как уже было отмечено, проблема обеспечения численно растущего человечества пищей - это главным образом проблема повышения продуктивности агроэкосистем (сельского хозяйства), рис. 18.9.




Рис.18.9. Блок-схема продуктивности агроэкосистем




Воздействие человека на экологические системы, связанное с их разрушением или загрязнением, непосредственно ведет к прерыванию потока энергии и вещества, а значит, и к снижению продуктивности. Поэтому первая задача, стоящая перед человечеством, - предотвращение снижения продуктивности агроэкосистем, а после ее решения может быть решена и вторая важнейшая задача - повышение продуктивности.

В 90-х гг. XX в. годовая первичная продуктивность обрабатываемых земель на планете составляла 8,7 млрд т, а запас энергии - 14,7× 1017 кДж.