Страница 12 из 26
3. Пастбищное землепользование – пастбищные агроэкосистемы (отгонные пастбища: тундровые, пустынные, горные; лесные пастбища; улучшенные пастбища; сенокосы; окультуренные луга).
4. Смешанное землепользование – смешанные агроэкосистемы, характеризующиеся равнозначным соотношением и сочетанием нескольких видов землепользования, а также процессов получения как первичной, так и вторичной биологической продукции.
5. 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).
Выделяют следующие единицы в биосфере по отношению к сельскохозяйственной деятельности человека.
Агросфера – глобальная система, объединяющая всю территорию Земли, преобразованную сельскохозяйственной деятельностью человека.
Агроценозы – биоценозы на землях сельскохозяйственного пользования, созданные с целью получения сельскохозяйственной продукции, регулярно поддерживаемые человеком биотические сообщества, обладающие малой экологической надежностью, но высокой продуктивностью (урожайностью) одного или нескольких избранных видов (сортов, пород) растений или животных.
Аграрный ландшафт – экосистема, сформировавшаяся в результате сельскохозяйственного преобразования ландшафта (степного, таежного и т. д.).
В настоящее время условно выделяют агроэкосистемы доиндустриального периода и агроэкосистемы индустриального периода.
Агроэкосистемы доиндустриального периода, эксплуатируемые до начала XX в., были еще достаточно разнообразны. Ограниченные районы многоотраслевого оседлого хозяйства перемежались значительными пространствами целинных земель; сохранялись реликтовые лесные массивы; пояс тропических лесов был практически не затронут хозяйственной деятельностью человека; их территория характеризовалась незначительным изменением мест обитания традиционных видов животных и растений. Эти агроэкосистемы включали в себя свои первичные производители (дикорастущие растения), которыми человек питался непосредственно или косвенно через дичь, домашних животных, и базировались на них.
Первичные производители агроэкосистем – автотрофы – обеспечивали человека растительным волокном, лесоматериалами, пищевыми компонентами. Человек являлся основным консументом этой экосистемы, в которой естественно существовало значительное число диких и домашних животных, обладающих большой суммарной биомассой. Вся потребляемая человеком продукция трансформировалась в отходы (отбросы), практически полностью разрушаемые и перерабатываемые редуцентами или деструкторами до простых веществ (нитраты, фосфаты, другие минеральные соединения), которые вновь использовались автотрофами в процессе фотосинтеза (рис. 1.4). Самоочищение земель и вод в этих системах осуществлялось полностью за счет естественных механизмов, и круговорот веществ в экосистеме практически не нарушался. Приток солнечной энергии, получаемой человеком в виде химической энергии в процессе обмена веществ при питании (около 4000 ккал/сут на одного человека), равнялся примерно такому же количеству энергии, которую человек использовал в виде тепловой (сжигание дров) и механической (тягловая сила) энергии.
Рис. 1.4. Поток энергии и круговорот вещества в аграрной цивилизации (Рамад, 1981)
До XIX в. в процессе аграрной цивилизации использовалась энергия, которая была накоплена в течение одного вегетационного периода первичными консументами, а также аккумулированная в течение многих лет деревьями. Общее количество используемой одним человеком энергии (около 92 100 кДж/сут) лишь вдвое превышало энергопотребление человеком неолита (около 46 000 кДж/сут).
Таким образом, при становлении доиндустриальной аграрной цивилизации экосистема имела высокий уровень гомеостаза. Несмотря на антропогенное изменение или замещение экосистем, деятельность человека вписывалась в биогеохимический круговорот и незначительно изменяла приток энергии в биосферу.
Необратимые глобальные изменения биосферы Земли под влиянием сельскохозяйственного производства резко усилились в XX в. В связи со значительным ростом населения и сокращением площадей высокоурожайных земель в 70–90-е гг. XX в. началось повсеместное внедрение интенсивных технологий (монокультуры; высокопродуктивные, но незащищенные сорта, полученные путем гибридизации; агрохимикаты; травмирующие приемы вспашки и т. д.), что сопровождалось водной и ветровой эрозией, вторичным засолением, почвоутомлением, деградацией почв, обеднением эдафона и мезофауны, уменьшением лесистости, увеличением распаханности и т. д.
Агроэкосистемы индустриального периода имеют ряд отличий от естественных экосистем и агроэкосистем доиндустриального периода:
♦ вторичные, искусственно созданные человеком, структурные единицы биосферы;
♦ ведущим является не естественный отбор, а искусственный;
♦ видовой состав гораздо менее разнообразен по сравнению с природными биоценозами. Смена видового состава в агроценозах происходит не естественным путем, а по воле человека;
♦ значительная доля основных биогенов выносится из системы с урожаем и естественный круговорот веществ не осуществляется. 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;
♦ человек вносит в агроэкосистемы дополнительную энергию в виде удобрений, дополнительного освещения, средств защиты растений и т. д.;
♦ агроэкосистемы требуют постоянного ухода со стороны человека и только в этом случае могут быть высокопродуктивными. Саморегуляция в них отсутствует, и без поддержки человека они быстро разрушаются. Для достижения своей цели человек в агроценозе вынужденно изменяет или контролирует (в какой-то мере) влияние природных факторов; дает преимущества в росте и развитии организмам, которые продуцируют пищу. Основная задача создания и эксплуатации агроэкосистемы – найти условия повышения урожайности при минимизации энергетических и вещественных затрат, повышения почвенного плодородия;
♦ в агроэкосистемах человеком применяются различные химические вещества, не свойственные глобальному биотическому круговороту, которые неизбежно встраиваются в него и прямо или косвенно влияют на устойчивость природных экосистем.
В агроэкосистемах складываются весьма специфические взаимоотношения между организмами, их формирующими.
Основными элементами агробиоценоза в аграрных экосистемах являются культурные растения, высеянные или высаженные человеком; сорные растения, которые проникли в агробиоценоз помимо, а иногда и вопреки воле человека; микроорганизмы ризосфер культурных и сорных растений; клубеньковые бактерии на корнях бобовых, связывающие свободный азот воздуха; микоризообразующие грибы на корнях высших растений; бактерии, грибы, актиномицеты, водоросли, свободно живущие в почве; беспозвоночные животные, живущие в почве и на растениях; позвоночные животные (грызуны, птицы и др.), живущие в почве и посевах; грибы, бактерии, вирусы – паразиты (полупаразиты) культурных и сорных растений; бактериофаги – паразиты микроорганизмов.
Размер популяций отдельных входящих в агробиоценоз видов колеблется из-за постоянных изменений абиотических и биотических факторов.
Посевы культурных растений в агрофитоценозе являются единственным источником питания для травоядных животных и насекомых-фитофагов. В благоприятные для роста растений периоды популяции продуцентов могут резко и быстро увеличиваться. Обычно большой ущерб наносит сельскохозяйственным культурам массовое размножение травоядных животных и насекомых-фитофагов. Естественное регулирование их численности и доведение их популяций до экономически безвредного порога путем использования их естественных врагов-хищников сложно и не всегда дает хорошие результаты. Отсюда в сельскохозяйственной практике искусственное вмешательство в регулирование численности фитофагов осуществляется за счет использования различных искусственных средств защиты, которые являются остротоксичными веществами.