Азотные удобрения, классификация, свойства и взаимодействие с почвой, приемы рационального применения.

Азот входит в состав всех простых и сложных белков, а белки являются главной составной частью протоплазмы и ядра раст. Клеток. Азот входит в состав нуклеиновых к-т (ДНК, РНК). Регулируя азотное питание растении, можно корректировать урожайность с/х культур. При хорошем азотном питании растений повышается синтез белковых вещ-тв. Растения образуют мощные стебли и листья. При недостатке: рост ухудшается, листьямельчают, светлеют, ухудшается формирование репродуктивных органов. У злаков азотное голодание ведет к ослаблению кущения, колосья образуются с небольшим кол-вом зерен, снижается содержание белка в зерне.

В зависимости от формы соединения азота АУ делятся на нитратные (натриевая селитра), аммонийные и аммиачные (хлористый аммоний, сульфат аммония), аммонийно-нитратные (аммиачная селитра), амидные (мочевина).

Взаимодействие с почвой. Технология рац. применения АУ основана на учете их свойств и особенностей процессов трансформации этих удобрений в почве. Обычные АУ очень хорошо растворимы в воде. Нитратные формы передвигаются в почве вместе с почвенной влагой и, кроме биологического, никаким видом поглощения в почве не связываются. Аммиачные и аммонийные формы АУ при внесении в почву поглощаются ее ППК и переходят в обменно-поглощенное состояние. В таком виде они теряют подвижность и не могут вымываться, кроме легких почв с низкой емкостью поглощения. Однако в дальнейшем при благоприятных для процессов нитрификации условиях они переходят в нитраты. То же происходит и с мочевиной. Таким образом, все АУ изначально или в процессе нитрификации накапливаются в почве в форме нитратов, которые, в свою очередь, подвергаются процессам денитрификации. Эти процессы протекают во всех почвах почти, и основные потери азота удобрений связаны именно с ними. Процессы денитрификации, являясь причиной значительных потерь азота из почвы, с агрономической точки зрения оцениваются как негативные. Однако с экологической точки зрения эти процессы могут играть позитивную роль, так как они как бы «освобождают» почву от неиспользованных растениями нитратов и тем самым ограничивают их поступление в дренажные воды и далее в различные водоемы. В почве часть азота удобрений в процессе жизнедеят-ти м/о трансформируется в органические, недоступные для растений формы. Таким образом, при использовании азотных удобрений учитывают, как правило, только их действие (в год внесения), а последействие не учитывают.

Оптимизация условий азотного питания: 1. применение opt доз и форм АУ с учетом биологических особенностей растений и св-тв удобрений, почвенно-климатических условий, результатов диагностики растений пит. вещ-ми. 2. Приближение сроков внесения

1. ПРИРОДНАЯ СРЕДА И ЗАКОНОМЕРНОСТИ ДЕЙСТВИЯ ЭКОЛОГИЧЕСКИХ ФАКТОРОВ

Факториальная экология. Длительный процесс изучения и осмысления взаимосвязи и взаимозависимости, взаимодействия и взаимообусловленности в системе организм—среда, проявляющиеся тенденции нарушения природного равновесия закономерно привели к осознанию и пониманию того, что все живые организмы, населяющие Землю, существуют не сами по себе, а всецело зависят от окружающей среды и постоянно испытывают на себе ее воздействие.

Каждый организм успешно выживает и размножается в конкретной среде, характеризующейся относительно узким диапазоном температур* количества осадков, почвенных условий и др. Географический ареал любого вида соответствует географическому распределению подходящих для него условий среды.

В связи с этим очень важно располагать информацией о сущности и обусловленности явлений, зависимостей и связей, сложившихся между организмами, популяциями,' биоценозами и факторами среды. Среда. Концепция «среды» и ее связи с организмами относится к числу дискуссионных в науке. При рассмотрении вопросов связи организмов со средой экология должна прежде всего учитывать критерии выживания и размножения. Именно они и определяют экологические шансы устойчивости отдельных видов в данной среде или конкретной экосистеме.

Современная классификация понятия «среда», где основными исходными блоками являются природная и ашропогенная среды, дает возможность составить достаточно полное представление о ее структурной дифференциации. Сложились следующие основные понятия среды.

Окружающая среда — это вещество, энергия и пространство, окружающие организмы и воздействующие на них как положительно, так и отрицательно.

Природная среда — это совокупность природных абиотических и биотических (биогенных) факторов по отношению к растениям, животным и другим организмам вне зависимости от контактов с человеком. Природная среда включает среду географической оболочки; биогенную среду (совокупность биологической и биотической сред); абиотическую среду (вес силы и явления природы, ее вещество и пространство в приложении к живым организмам или объектам с участием живого) и некоторые другие виды сред.

Антропогенная среда — природная среда, измененная человеком. В факториальной экологии выделяют и более детальные понятия среды. В частности, среду обитания — часть природной среды, окружающую живые организмы, с которой они взаимодействуют. Составные элементы и свойства среды обитания многообразны, изменчивы; при этом одни элементы могут быть необходимы организму, другие безразличны, а третьи оказывают вредное воздействие.

Условия существования, или условия жизни, —это совокупность необходимых организмам элементов среды, с которыми они находятся в неразрывном единстве и без которых существовать не могут.

Экологические факторы. Экологическим фактором является любой из элементов окружающей среды независимо от наличия и особенностей его связей с обитающими в этой среде организмами.

Экологическим фактором является только изменяющийся элемент окружающей среды, вызывающий у организмов при своих повторных изменениях ответные приспособительные эколого-физиологические реакции, наследственно закрепляющиеся в процессе эволюции. Экологические факторы (от лат. factor -делающий, производящий) — это внешние и внутренние силы, определяющие направление и скорость процессов, совершающихся в организмах и экосистемах.

В большинстве случаев приспособлений организмов к таким факторам не существует, что дает теоретическое обоснование для применения методов борьбы против вредных организмов (растений, животных) с помощью химических и биологических средств(однако известны факты возникновения штаммов патогенных микроорганизмов, резистентных к действию того или иного антибиотика).

Экологические факторы чрезвычайно разнообразны по происхождению, характеру действия на живые организмы, времени воздействия и другим особенностям. Общепринята следующая развернутая классификация экологических факторов:

по происхождению (космические, абиотические, биотические, природно-антропогенные, антропогенные);

по среде возникновения (атмосферные, водные, орографические или геоморфологические, эдафические, физиологические, популяционные, экосис-темные, биосферные);

по степени воздействия (летальные, экстремальные, лимитирующие, беспокоящие, мутагенные, тератогенные);

по времени (эволюционные, исторические, действующие);

по характеру действия (геофизические, географические, биогенные и биотические, эволюционные).

В сельском и лесном хозяйстве широко применяют классификацию экологических факторов по происхождению: абиотические, биотические, антропогенные (обусловлены влиянием человека на окружающую среду).

Распространение живых организмов на Землг тесно связано с географическими поясами и зонами. Пояса имеют широтное распределение, что обусловлено в первую очередь радиационными рубежами и характером атмосферной циркуляции.. Влага — основной фактор, в зависимости от которого экосистемы делятся на лесные, степные и пустынные. Одним из важных условий изменчивости организмов и их зонального размещения на земле служит изменчивость химического состава среды.

Фитогеннные факторы — это влияние растений (как прямое, так и косвенное).

Зоогенные биотические факторы представляют собой влияние животных (поедание, вытаптывание и другие механические воздействия, опыление, распространение семян и влияние на среду).

Микробогенные и линсогенные биотические факторы обусловлены влиянием микроорганизмов и грибов (паразитизм, изменение среды).

Антропогенные факторы (от гр. anthropos — человек и genos — рождение) отражают влияние деятельности человека на окружающую среду.

ДЕЙСТВИЕ ЭКОЛОГИЧЕСКИХ ФАКТОРОВ НА ОРГАНИЗМЫ

Адаптация. Все организмы, испытывая действие экологических факторов, приспосабливаются к изменяющимся условиям и поддерживают известное динамическое равновесие, или гомеостаз. Приспособление организмов к среде называют. При биото-ценогенезе это процесс приспособления организмов и видов, их строения и функций к условиям абиотической и биоценотической сред, а также к совместному существованию в экосистемах определенного типа. Различаются экологическая (например, устройство нор и т. п.) и этологическая, или поведенческая (например, ночной образ жизни грызунов в песчаной пустыне), адаптации.

Способность к адаптации — одно из основных свойств живого, так как она обеспечивает саму возможность выживать и размножаться. Адаптации проявляются на разных уровнях —от биохимии клеток и поведения отдельных организмов до строения и функционирования отдельных организмов, сообществ и экосистем.

Адаптация — эволюционно возникшее приспособление. В процессе эволюции постоянно совершенствуется адаптация организмов к условиям существования. При исследовании адаптации необходимо обращать большее внимание на характер функционирования отдельных типов зависимостей, чем на собственно приспособления. В

то же время на организмы в течение многих поколений воздействует один и тот же комплекс факторов. Биологический оптимум и пределы выносливости. При одних состояниях факторов среды экологические процессы проходят более продуктивно, при других—менее продуктивно. Зависимость действия экологического фактора от его интенсивности называется валентностью экологического фактора и определяет степень адаптированное . Для каждого организма существует степень благоприятности экологического фактора, оптимальная для роста, существования и размножения. Наименьшее допустимое значение данного фактора (его нижняя пороговая величина) называется пессимумом, или нижним пределом выносливости. Наивысшее допустимое значение фактора—максимумом, или верхним пределом выносливости. Заключенный между этими двумя значениями диапазон изменчивости представляет собой пределы выносливости (валентности).

Организмы, которые могут существовать при большой амплитуде факторов, называют эврибионтными; организмы же, существующие только при малой амплитуде колебания факторов, — стенобионтными. Естественно, что¹ эврибионтные организмы могут при прочих равных условиях занимать более обширные пространства. Такие же подразделения организмов возможны и по отношению к любому конкретному фактору: например, эври- и стенотермные (по отношению к температуре), эври- и стенобатные (по отношению к глубинному давлению), эври- и стеногидрические (по отношению к воде) и

Взаимодействие экологических факторов. Сложность действия экологических факторов увеличивается оттого, что в окружающей среде они никогда не действуют изолированно, а всегда комплексно. В связи с этим оптимальная зона и пределы

Граница неблагоприятных для животных температур существенно меняется в зависимости от суммарного значения солнечной радиации, а с увеличением скорости ветра угнетение животных при одной и той же температуре возможно при увеличении радиационного потока. Синергизм (взаимоусиление) — действие двух факторов и более. Возникает, например, при одновременном ослаблении или, наоборот, усилении таких факторов, как влажность почвы, содержание в ней нитратного азота и освещенность. Одни факторы могут быть ведущими, другие — сопутствующими.

Таким образом, перечисленные классификации экологических факторов носят условный характер, так как не учитывают функционирования факторов во взаимодействии. С другой стороны, и «природа» экологического фактора, а также характер изменчивости даже в совокупности далеко не определяют экологического действия, так как последнее обусловлено, кроме того, экологическими особенностями организмов. Совокупность факторов воздействует сильнее всего на организмы в те фазы их развития, когда они имеют наименьшую толерантность.

Лимитирующие факторы. В совокупном давлении среды выделяются факторы, которые сильнее всего ограничивают успешность жизни организмов. Такие факторы называют ограничивающими, или лимитирующими. В простейшем виде основной «закон минимума», сформулированный Ю.Либихом касается успешности роста и урожайности сельскохозяйственных культур, зависящих от вещества, находящегося в минимуме по сравнению с другими агрохимическими необходимыми веществами.

Ценность концепции лимитирующих факторов заключается в том, что дается отправная точка при исследовании сложных ситуаций. Возможно выделение вероятных слабых звеньев среды, которые могут оказаться критическими или лимитирующими. Выявление ограничивающих факторов — ключ к управлению жизнедеятельностью организмов.

Пространство экологических факторов. Все живые существа занимают определенное место в пространстве и в ряде случаев конкурируют за это место

Пространство экологических факторов условно имеет следующие классификационные подразделения: экотоп, биотоп, экологическая ниша, экотип. Экотоп— внешние, не относящиеся к биоценотической среде условия жизни. Биотоп —

однородный в экологическом отношении¹ участок, соответствующий отдельным частям биоценоза или ценоэкосистемы, являющейся местом обитания того или иного вида растений или животных. Экологическая ниша — это определенное место, занимаемое организмом и обусловленное его потребностью в питании, территории и функцией воспроизводства. Целесообразно:

определение в различных биотопах

метеорологических эквивалентов для многих видов растений;

совершенствование в области применения экологических признаков, основанных на теории «скорость—масса-строение», а также последующее изучение факторных колебаний (географические опыты и дифференцированный анализ урожая);

проведение дальнейших географических испытаний как для зерновых, так и для других культурных растений;

определение закономерностей, лежащих в основе сложных взаимоотношений между экотипами сельскохозяйственных растений и экологическими факторами.

6. Понятие «популяция». Всовременной экологии можно выделить два основных подхода: экосистемный и популяционный. При экосистемном подходе различают структурное направление (главное внимание уделяется изучению строения экосистем) и функциональное (сосредоточено преимущественно на изучении процессов, происходящих в экосистемах).

При популяционном подходе внимание концентрируют в основном на исследовании совокупности особей одного вида (популяции), обитающих на определенной территории..

По Б. А. Быкову, популяция (от фр. popylation — население) — совокупность особей одного вида, воспроизводящих себя теми или иными способами размножения в течение большого числа поколений, функционирующих водном или нескольких биоценозах.

Экологическая популяция есть совокупность особей данного вида, сложившаяся естественно или возникшая под влиянием человека, объединенная общей, большей или меньшей территорией, известным генетическим родством, принадлежностью, к одному или нескольким биогеоценозам..

Согласно современным представлениям популяция является элементарной единицей эволюционного процесса, поскольку именно на этом уровне начинаются закономерные изменения ее структуры адекватно историческим изменениям взаимоотношений с внешней средой (происходит эволюция). Будучи территориальным объединением организмов одного вида, популяция обладает единым ритмом основных жизненных процессов и определенными наследственными отличиями от соседних группировок. В эволюции вида выражается интегральный эффект преобразования популяций.

Популяция представляет . собой единую функционирующую систему, обеспечивающую в различной среде обитания самостоятельное существование и развитие благодаря замене потерянных веществ новыми. Внутри популяции существуют микропопуляции (элементы структуры популяции), отличающиеся от популяций неспособностью поддерживать- свою численность в течение продолжительного времени (локальные и парцеллярные группировки и др.).

Представление о неоднородности популяций впервые возникло у генетиков. Оно основывалось на представлении о наличии внутри популяций группировок особей, отличающихся друг от друга генетически.

Классификация популяций. Популяции могут быть разнокачественными по самым различным показателям: способу размножения и степени целостности, морфологическим, физиологическим, поведенческим, размерным и др. Основные характеристики популяций. Являясь надорганизменной системой, популяция

обеспечивает виду потенциальное (но нереальное) бессмертие, т. е. приспособительные возможности у популяции гораздо выше, чем у слагающих ее индивидуумов.

Популяция как биологическая единица обладает определенной структурой и функциями. Йод структурой популяции понимают состав особей и их распределение в пространстве.

Чем сложнее структура, тем выше приспособительные возможности популяции. Сложность структуры популяции определяется различным соотношением возрастных групп, полов, наличием различного рода группировок, территориальными взаимоотношениями.

Таким образом, популяции как групповые объединения обладают специфическими свойствами (или имеют определенную биологическую структуру), которые не присущи каждой отдельно взятой особи. К ним относятся: численность и плотность, смертность, возрастная и половая структуры, полиморфизм, эффект группы, рост и развитие.

Численность и плотность — основные показатели биологической структуры популяций. Численность— это общее число особей на данной территории или в данном объеме. Она никогда не бывает постоянной и зависит от многих факторов: биотического потенциала вида. Биотический потенциал — потенциальный рост численности популяции в геометрической прогрессии при ее размножении в неконтролируемых условиях, т. е. без влияния каких-либо внешних факторов.

Численность постоянно меняется в результате рождения норых особей, гибели от различных причин. На численность влияют такие показатели популяции, как соотношение разнокачественных особей и распределение их в пространстве, (особенности поведения. Поддержание оптимальной в данных условиях численности называют гомеостазом популяции, который осуществляется через взаимоотношения особей.

Плотность популяции — это число особей или количество биомассы на единицу площади или объема Плотность популяции зависит от ее численности. Плотность не увеличивается лишь в том случае, если возможно расчленение популяции, расширение ее ареала. В некоторых случаях выделяют среднюю плотность, т. е. численность или биомассу на единицу всего пространства, и удельную, или экологическую, плотность (численность или биомассу на единицу обитаемого пространства, доступного объема, которые фактически могут быть заняты популяцией).

Различают три типа распределения (расселения) особей внутри популяции: равномерное, случайное и групповое Равномерное распределение чаще всего встречается в различных культурных фитоценозах; в природе оно встречается редко и связано с острой конкуренцией между разными особями. Случайное распределение имеет место в однородной среде, нередко переходит в групповое. Групповое распределение особей в популяциях встречается чаще, чем равномерное и случайное, так как группа обеспечивает более высокую устойчивость к неблагоприятным условиям по сравнению с отдельной особью.

Рождаемость — это способность популяции к увеличению. Она характеризует частоту появления новых особей любого организма независимо от того, рождаются они, отпочковываются или возникают путем деления и т. д.

Различают максимальную, «ли абсолютную, рождаемость, характеризующую теоретически максимально возможное образование числа новых особей в идеальных условиях (при отсутствии лимитирующих экологических факторов).

Рождаемость изменяется в зависимости от размера и состава популяции и физических условий среды. Обычно рождаемость выражают в виде скорости и определяют путем деления числа вновь образовавшихся особей на время:

Смертность характеризует гибель особей в популяции и выражается числом особей, погибших за данный период, или же в виде специфической смертности по отношению к части популяции (по возрастному, половому признакам и др.). Выделяют экологическую, или реализуемую, смертность, т. е. гибель особей в данных условиях среды, изменяющуюся в зависимости от условий среды и состояния самой популяции.

Минимальная смертность — постоянная величина, характеризующая гибель особей в идеальных условиях, при которых популяция не подвергается воздействию лимитирующих факторов.

Возрастная структура популяции характеризует соотношение различных особей по возрастам, фазам развития. Это важная характеристика популяции, поскольку влияет на рождаемость, смертность, а также определяет способность к размножению в данный момент и дает возможность оценить перспективы.

Половая структура популяций, особенно доля размножающихся самок в популяции, имеет большое значение для дальнейшего роста численности.

Динамические процессы в популяции. Проблемы динамики численности занимают центральное место в экологических исследованиях, поскольку позволяют судить об изменчивости экологических условий жизни. Популяциям свойственны рост, развитие, способность поддерживать существование в постоянно меняющихся условиях. Когда среда не оказывает ограничивающего влияния (пространство, питание не являются лимитирующими факторами), специфическая скорость роста (т. е. скорость роста популяции на особь) для данных климатических условий постоянна и максимальна.

На протяжении популяционных циклов меняются не только численность, но и возрастная и генетическая структуры, физиологические свойства особей и другие популяционные параметры. Необходимы глубокое изучение экологии и популяционной структуры видов растений и животных, прогнозирование изменений численности, формирование стратегии и тактики воздействия на популяции.

Исследуя природные популяции, важно различать сезонные изменения их параметров, которые регулируются в основном онтогенетическими адаптациями, сопряженными с сезонным изменением факторов среды, а также годичные флуктуации (отклонения величин от их среднего значения).

Важнейшей задачей экологического нормирования на популяционном уровне является определение допустимых пределов вариации популяции, не угрожающих ее благополучию. Экологическими нормативами на популяционном уровне служат параметры внутри- и межпопуляционного разнообразия (средние величины, коэффициенты вариации, коэффициенты повторяемости и т. д.).