Биотические компоненты

В агроэкосистемах происходят как изменение отдельных биотических ком­понентов, так и трансформация систе­мы в целом. При этом нарушаются ее внутренняя структура и функциониро­вание, обеспечивающие определенную устойчивость с помощью различных ме­ханизмов самоорганизации и самовоспроизводства. Для определения проис­ходящих и возможных изменении перс­пективна разработка интегральных па­раметров, характеризующих структур­но-функциональную организацию агроэкосистем по их биотической компоненте.

Такого рода характеристики отража­ют процессы создания, использования, разрушения и остаточного накопления биотической продукции различных ка­тегории (первичной, вторичной, оста­точной, мертвой), а также некоторые лапы круговорота веществ, вовлечен­ных в биологические циклы.

1.Запас живой биомассы (фито-, зоо- и микробиомассы), г/м2 или т/га (в расчете на абсолютно сухое вещество). Под биомассой понимают общее коли­чество живого органического вещества, накопленного к данному моменту. Кро­ме абсолютных показателей могут при­меняться соотношения биомассы раз­личных групп организмов или их час­тей, отнесенной к единице площади. В том числе: для растений (автотрофов) — систематических экологических групп, надземных и подземных частей, асси­милирующих и запасающих органов; для гетеротрофов — систематических экологических (включая трофические) групп, долей мигрирующей зоомассы; для микроорганизмов — грибов, бакте­рий, актиномипетов.

2.Запас мертвого органического ве­щества. Это количество вещества, зак­люченного в сухостое, валежнике, от­мерших органах, а также накопившего­ся в лесной подстилке, торфяном гори­зонте почв, в степном войлоке. Мертвое органическое вещество включает также Трупы животных и гумус почв.

3.Интегральная характеристика структуры органического вещества агроэкосиетемы определяется как соотно­шение запасов гумуса, фитомассы, зоо­массы и биомассы (микроорганизмы), представляется в виде формулы органи­ческого вещества агроэкосистемы.

При оценке состояния агроэкосистем также должны учитываться показа­тели их функционирования, под кото­рым понимают смену состояний систе­мы, определяемую изменениями в го­дичном цикле запасов веществ и интенсивностей потоков. В основе функционирования экосистем лежит биологический круговорот, осуществляющийся по следующей типовой схеме: на восходящей ветви происходит создание первичной продукции при одновременном расходе ее на дыхание; на нисходящей — потребление фитофагами, отмирание и деструкция.

4.Текущее функционирование автотрофных и гетеротрофных компонентов. Его оценивают по первичной и вторичной продукции, а также по их соотношению. Чистая первичная продукция |(г/(м2 • год), г/(м2 ∙ сут), т/(га • год)] – продукция автотрофных организмов, которая практически совпадает с продуктивностью фитоценоза. Она определяет энергетический потенциал системы и характеризуется количеством
органического вещества (фитомассы), образуемого за год в наземной и подземной сферах сообщества за вычетом; части, затраченной на дыхание. Фактически — это годичный прирост.

Вторичная продукция включает зоо­массу и фнтомассу, продуцируемую ге­теротрофными организмами. Эта вели­чина позволяет оценить «вклад» разных групп консументов и редуцентов в отчуждение фитомассы из годичного при­роста, в деструкцию и минерализацию растительных остатков. Отношение первичной продукции к вторичной от­ражает сбалансированность биологи­ческой продукции.

5.Опад [г/(м2 • год), т/(га • гол)] – количество органического вещества,заключенного во всех ежегодно отмирающих наземных и подземных частях растений.

6.Истинный прирост [т/(га год)] — количество органического вещества, ос­тающегося в сообществе в результате годичного прироста, за вычетом опада.

7.Скорость воспроизводи на органи­ческого вещества — отношение первичной продукции к запасу живой фито­массы (в %). Наибольшая она — в луго­вой степи, наименьшая — в лесу. Чем меньше этот показатель, тем больше за­держка веществ и дальнейшая их кон­сервация, чем он больше, тем выше ди­намизм процессов.

8. Скорость общего оборота органи­ческого вещества — отношение запаса живого и мертвого органического вещества (включая и не включая гумус) к продукции (%). Этот критерий позволяет выявить подвижность каждой еди­ницы органического вещества при прохождении этапов трансформации продукции. Например, она минимальная в полярном и бореальном поясах и почти на порядок выше в луговой степи и пустыне.

9. Скорость деструктивных процессов. Этим процессам принадлежит важная роль в биологическом круговороте наземных систем, поскольку преобладающая часть биологической продукции трансформируется в форме детрита под действием различных деструктивных агентов, минуя трофические цепи растительноядных организмов. Количество фитоомассы, потребляемое животными, составляет всего лишь несколько процентов от ее общей продукции, а 8...99% первичной продукции поступает в почвенную детритную подсистему. В качестве показателя скорости деструктивных процессов используют отношение ежегодно поступающей мертвой массы к ее запасу (опадо-подстилочной коэффициент. %).

10. В дополнение к основным показателям рекомендуются параметры, сня­тые с изменением биогеохимического цикла, особенно в условиях техногенеза. Это, в частности, показатели содержания химических элементов в органическом веществе:

а) годичное накопление химических элементов, кг/(га год);

б) годичный возврат химических элементов с опадом, кг/(га • год);

в) годичное удержание элементов в фитоценозе [определяется как разница между накоплением химических элементов и их возвратом.Кг/(га • год)].

(Показатели рассчитывают умно­жением массы отдельных структурных компонентов на содержание того или иного химического элемента в единице учета)

Определение основных показателей систем и их функционирования позволяет исследовать происходящие в них внутренние процессы формирования первичной продукции и ее последую­щего потребления и разложения. Взаи­модействие с абиотическими компо­нентами обусловливает круговорот пи­тательных элементов и потоки энергии. Использование экосистемного подхода предполагает, что анализируемый сель­скохозяйственный объект состоит из взаимодействующих компонентов, ко­торые образуют систему с характерны­ми для данною уровня организации свойствами.

Агроэкосистема имеет определен­ный состав, структуру и режим, которые поддерживаются и регулируются чело­веком. При отсутствии контроля с его стороны агроэкосистемы постепенно теряют свои свойства. Естественно, что без знания структуры и функциониро­вания агроэкосистем на балансово-вещественно-энергетическом уровне нельзя предпринимать какие-либо меры по управлению ими: они могут оказаться несостоятельными и даже вредными. Функции экосистем целесо­образно анализировать в следующих на­правлениях: потоки энергии; пищевые цепи и сети: структура пространствен­ного разнообразия; круговороты пита­тельных элементов (биогеохимичес­ких); развитие и эволюция.

Агроэкосистемы — это природные системы, измененные под воздействием соответствующих технологических и со­циальных факторов. Создание агроэкосистем преследует в первую очередь экономическую цель - устойчивое про­изводство сельскохозяйственной про­дукции. При этом достаточно очевидна необходимость гармоничного сочета­ния экономических интересов с эколо­гическими требованиями. По существу, управление сельским хозяйством адек­ватно управлению агроэкосистемами.

Основным организующим началом в любой агроэкосистеме является взаимо­действие между производством и по­треблением. Поскольку агроэкосистемам свойственны те же внутренние ре­гулирующие механизмы, что и природ­ным экосистемам, поддержание самоорганизующихся процессов в агроэкосистемах способствует снижению вещественно-энергетических затрат на внешние (антропогенные) регулирова­ния. Взаимодействия на трофическом уровне могут быть упорядочены посред­ством влияния на пени питания. При этом основное внимание следует уде­лять физиологическим аспектам, про­цессам роста и развития, переносу энер­гии, круговороту питательных веществ, а также регулированию рождаемости и смертности популяций.

Регулирование продукционного про­цесса, направленное на повышение продуктивности и устойчивости агроэкосистем, — задача первостепенной важности. Интенсификация сельскохо­зяйственного производства на экологи­ческих началах — процесс многоплано­вый. Это обстоятельство предопределя­ет возможность применения несколь­ких принципиально различных и взаимодополняющих подходов.

Один из них — перестройка структу­ры фитоценозов. Например, вместо тра­диционных одновидовых посевов мож­но внедрять поликультурные посевы, основываясь па принципе дифференци­ации растений по экологическим ни­шам. Такие поля более выгодны энерге­тически. На них можно получать разно­образные и неоднократные урожаи в те­чение вегетационного периода. Наряду с продуктивностью при этом обеспечи­вается высокая устойчивость посевов.

Перспективно также применение се­вооборотов с формированием горизон­тальной ротации культур. В этом случае создается пространственно-разнород­ный агрофитоценоз, который может поддерживать постоянный резерв раз­нообразных энтомофагов. Эффективно и рационально также использование многолетних плодосмен, организован­ных по типу протекания сукцессии,— от однолетних до древесных культур. Это позволяет меньше вмешиваться в жизнь почвы, беречь ресурсы, макси­мально использовать естественные вос­становительные процессы, что особен­но актуально при вовлечении в хозяй­ственный оборот нарушенных площа­дей. Следует учитывать, что устойчи­вость к сорнякам выше не у максималь­но выровненных по генетическим каче­ствам, а у гетерогенных сортов хозяй­ственных видов. По этой причине ос­новным принципом биологической борьбы с сорняками должен стать мак­симальный захват культурными расте­ниями экологических ниш во времени и в пространстве. Важную роль играет развитие методов экологической инже­нерии при подборе экотипов и жизнен­ных форм растений для конструирова­ния фитоценозов длительного пользо­вания.

На уровне агроценопопуляций опти­мизацию агроэкосистем можно прово­дить путем изменения ряда экологичес­ких показателей: плотности и простран­ственного размещения; фенологичес­ких характеристик — дружности всхо­дов и интенсивности их развития в пер­вые недели (с использованием биофи­зических методов предпосевной обра­ботки, а также выбора сроков посева); дифференциации агроценопопуляций благодаря подбору смеси сортов, обес­печивающему максимальное использо­вание пространства и ресурсов (возмож­но повышение гетерогенности популя­ций на фенотипической основе).

Контрольные вопросы

1.Понятие агроэкосистема

2.Понятие биомасса

3.Скорость деструктивных процессов

4.Скорость общего оборота органи­ческого вещества

5.Скорость воспроизводимости органи­ческого вещества

6.Текущее функционирование автотрофных и гетеротрофных компонентов.

Дата добавления: 2017-02-01