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).
Примером недостаточного учета фактора природно-антропогенной совместимости при формировании ландшафтов может служить проектирование крупных прямоугольных клеток-полей на склонах сложной формы. Между тем целесообразнее было бы проектировать поля в виде горизонтально-контурных и полосных микрозон. В результате такого рода просчетов наблюдается увеличение поверхностного стока, усиление водной эрозии почвы, заиление рек.
3. Принцип соответствия фитоценозов местообитанию. При структурировании агроландшафта важно грамотно выбрать место размещения посевов и посадок различных групп сельскохозяйственных растений на неоднородных по экологическим свойствам и расположению участках возделываемых земель. Требуется также учитывать биологические особенности имеющегося набора культур, чтобы обеспечить повышение их урожайности при одновременном сохранении плодородия почв.
4. Принцип приоритета фитомелиорации. При формировании почвоохранных, самовосстанавливающихся и самоочищающихся агроландшафтов и агроэкосистем ведущая роль должна принадлежать фитомелиорации, что соответствует одному из важнейших законов земледелия – закону минимума (поскольку ограничивающим фактором часто является дефицит почвенной влаги, а растительная мелиорация способствует формированию более устойчивого влагооборота в агроэкосистемах).
С учетом сказанного, практическая задача организации территории агроландшафта заключается в определении разумного соотношения между полем, лугом и лесом в увязке с другими компонентами.
Принцип пространственного и видового разнообразия. Агроэкосистемы следует создавать с учетом требования пространственного и видового разнообразия среды. Это соответствует существующей закономерности, согласно которой, чем разнообразнее и сложнее структура агроландшафта, тем выше его устойчивость, способность противостоять различным внешним воздействиям. Например, сохранение естественных компонентов улучшает микроклимат, способствует увеличению численности животных, в частности птиц, питающихся насекомыми. Ландшафты, характеризующиеся большим видовым разнообразием, лучше самовосстанавливаются и самоочищаются, поскольку сложная мозаичность их строения способствует поддержанию устойчивости, а также природного и природно-антропогенного равновесия.
6. Принципы оптимизации структуры и соотношения земельных угодий. При землеустройстве агроландшафтов для определенного сельскохозяйственного региона землепользования в соответствии с местными природными условиями устанавливают экологически и экономически обоснованные структуру и соотношение размеров площадей пашни, лугов, леса и вод. Проблема рационального соотношения естественных и искусственных экосистем, несомненно, является одной из ключевых. По этому поводу сложились различные суждения. Экологическое равновесие наблюдается тогда, когда процентное соотношение между площадями естественных и пре-образованных экосистем составляет 60:40. Существует и такое мнение, что в агроландшафтах леса, луга, водные пространства должны занимать не менее 30 % общей площади.
В целом же данная проблема требует серьезных дальнейших проработок.
Устойчивость агроэкосистем – это свойство систем сохранять и поддерживать значение своих параметров и структуры в пространстве и во времени, качественно не изменяя характер функционирования.
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, то 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.
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.) 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 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.
Более объективную оценку могут дать комплексные почвенно-агрохимические, эколого-физиологические и эколого-токсикологические исследования с применением методов системного анализа и математического моделирования.
Важное значение имеет почва в агроэкосистемах, где она выступает как главное средство сельскохозяйственного производства и основа агроэкосистем. Человек получает из почвы порядка 95% всех продуктов питания, поэтому приоритетной задачей является забота о сохранении почвенного плодородия.
Почва представляет собой жизненное пространство, обеспечивающее обитание живых организмов. Она является механической опорой произрастающей на ней растительности.
Почва выступает основным хранителем семян. Важная особенность почвы – сохранение семян в течение ряда лет, обеспечивая их всхожесть, что способствует сохранению биоразнообразия растительных популяций.
Почва является своеобразным складом ферментов. В ней находятся все ферменты, определяющие ее плодородие: каталазы, пероксидазы, нитрогеназы и др. Работа этих ферментов определяет азотный режим почвы, доступность элементов питания и способность почвы к детоксикации. Почва регулирует гидротермический режим. Эта функция позволяет населяющим ее организмам сохранять свою жизнеспособность при определенных диапазонах температур. Почва выполняет санитарную функцию. Эта функция связана с почвенной биотой, которая обезвреживает многих патогенов и токсиканты, что положительно влияет на качество сельскохозяйственной продукции и на состояние окружающей среды. Почва аккумулирует необходимые для жизнедеятельности населяющих ее организмов воду, питательные вещества, что в значительной степени обеспечивает плодородие почвы.
Почва выполняет информационную функцию. Эта функция связана с тем, что весной переход температур через + 5°С увеличивает подвижность N, P, K, т.е. указанный предел температур служит сигналом к началу потребления питательных элементов в почве и свидетельствует о наступлении вегетационного периода.
Почва выступает в качестве биохимического барьера. Эта ее способность поглощать различные соединения, в т.ч. и токсические, позволяет почве выполнять роль химического санитара окружающей среды, и тем самым предотвращать поступление загрязнений в с/х продукцию.
Почва обладает таким уникальным свойством как «память», т.е. обладает способностью хранить долговременную информацию об экологическом состоянии территории. Это является важным моментом для мониторинга. Например, благодаря этой функции почвы была установлена динамика загрязнения экосистем тяжелыми металлами за достаточно длительный период.
Почвенный покров представляет собой самостоятельную земную оболочку. Почва – продукт совместного воздействия климата, растительности, животных и микроорганизмов на поверхностные слои горных пород. В этой системе непрерывно происходят:
синтез и разрушение органического вещества;
круговорот элементов зольного и азотного питания растений;
детоксикация различных загрязняющих веществ, поступающих в почву.
Данные процессы осуществляются благодаря уникальному строению почвы, которое представляет собой систему взаимосвязанных твердой, жидкой, газообразной и живой составляющих.
Например, воздушный режим почвы тесно связан с ее влажностью. Оптимальное сочетание этих факторов способствует лучшему развитию высших растений. Последние, продуцируя большую биомассу, поставляют больше пищевого и энергетического материала для населяющих почву живых организмов и способствует обогащению почвы питательными веществами и биологически активными соединениями.
Твердая фаза почвы, в которой в основном сосредоточены источники питательных и энергетических веществ – гумус, органо-минеральные коллоиды, катионы Са2+, Mg2+ на поверхности почвенных частиц, взаимосвязана с почвенно-биотическим комплексом (ПБК). Почвенные частицы, особенно коллоидная и илистая фракции, благодаря обширной суммарной поверхности обладают поглотительной способностью. Эта способность имеет большое экологическое значение, так как позволяет почве сорбировать различные соединения, в том числе токсичные, и тем самым препятствовать поступлению токсикантов в пищевые цепи.
В процессе превращения веществ и формирования потоков энергии огромную роль играют населяющие почву живые организмы, составляющие ПБК, без которого нет и не может быть почвы.
ПБК представлен весомой (по массе) и разнообразной группой организмов.
В 1 г почвы содержится 3-90 млн бактерий, 0,1-35 млн актиномицетов, 8-10 тыс. микроскопических грибов, 100 тыс. водорослей, 1,5-6 млн простейших.
Верхний слой почвы в целом состоит из минеральной субстанции (93 %) и органического вещества (7 %).
Органическое вещество включает:
мертвое органическое вещество (85 %),
корни растений (10 %)
эдафон (5 %).
В структуру эдафона входят:
бактерии и актиномицеты (40 %),
грибы и водоросли (40 %),
дождевые черви (12 %),
микрофауна (5 %) (коловратки, нематоды, клещи,ногохвостики)
мезофауна (3 %) (мелкие насекомые, мокрицы, пауки)
Масса бактерий составляет примерно 10 т/га; такую же массу имеют микроскопические грибы; масса простейших достигает порядка 370 кг/га и т.д.
На 1 га пашни приходится 250 тыс. дождевых червей (50-140 кг/га), на 1 га пастбища – 500-1575 тыс. (1150-1680 кг/га), на 1 га сенокосных угодий – 2-5,6 млн (более 2 т/га). Среди животных организмов биосферы обитатели почвы характеризуются наибольшей биомассой.
Деятельность почвенной фауны, или педофауны, состоит в разложении опада на комплексные органические производные (первоначальная функция дождевых червей); данные соединения затем переходят к бактериям, актиномицетам, почвенным грибам, высвобождающим из органических остатков исходные минеральные компоненты, которые опять ассимилируются продуцентами.
Все эти организмы находятся в постоянном взаимодействии; они очень динамичны в пространстве и во времени; некоторые из них обладают необычайно мощным ферментативным аппаратом и способностью выделять в окружающую среду различные токсины. От деятельности почвенной биоты зависит плодородие почвы, ее «здоровье», качество сельскохозяйственной продукции, состояние окружающей среды.