Круговорот веществ и потоки энергии в агроэкосистемах

Наивысшая продуктивность агро­экосистемы (как и экосистемы), т. е. максимальное накопление биомассы в виде различных вегетативных и репро­дуктивных органов возделываемых видов растений, определяется адаптиро-ванностью оптического аппарата к сол­нечной энергии. Один из признаков та­кой адаптированности — максимальное аккумулирование энергии, т. е. биомас­сы, растением за единицу времени Для максимального использования поступающей энергии у экосистем эволюционно сформировался ряд адаптив­ных свойств (например, разнообразие видового состава). По аналогии должны создаваться и агроэкосистемы, посколь­ку последние имеют ту же первооснову производства биологической продукции.

Массо- и энергообмен на планете включает разнообразные про­цессы вещественных и энергетических превращений и перемещений в литосфе­ре, гидросфере, атмосфере. С появлени­ем жизни эти круговороты и потоки ин­тенсифицировались, претерпев суще­ственные качественные изменения в ре­зультате развития биогенной миграции.

Многоплановая производственная деятельность человека вносит заметные коррективы в процессы массо- и энер­гообмена, затрагивая и изменяя их тер­риториальные и временные характерис­тики. Агроэкосистемы  разумеется, причастим к этим изменениям (и под­час в немалой степени), способствуя, в частности, разомкнутости круговоротов веществ и др. Так, вследствие разомкнутости круговорота азота под влиянием химизации агроэкосистем планеты в воде и почвах накапливается и не воз­вращается в атмосферу ориентировочно около 10 млн. т данного элемента. Избы­ток биогенных веществ — причина заг­рязнения природных вод, развития не­желательных процессов в почвах и т.д.

В природ­ных системах внутренний круговорот питательных веществ по объему значи­тельно превышает их поступление из атмосферы и потери на вымывание из почвы. В управляемой сельскохозяйственной экосистеме распределение питательных веществ меня­ется, что проявляется в снижении их пе­реноса от первичных продуцентов к по­требителям (консументам), а также в последующем закономерном измене­нии режима поступления этих веществ к редуцентам. Такого рода обстоятель­ства вызваны применением в агроэкосистемах пестицидов, осуществлением агротехнических мероприятий (регули­рующего фактора). Характерно, что после заделки растительных остатков при последующей обработке почвы ак­тивность редуцентов повышается. Важ­но, что и результате управления агроэкоспстемой наблюдается изменение обычного («консервативного») кругово­рота питательных веществ и увеличение скорости их перехода в абиотическое состояние. В агроэкоспстемах изменя­ются или подавляются присущие при­родным системам свойства саморегули­рования, что ведет к снижению биоти­ческой устойчивости.

Все экосистемы функционируют на основе прохождения биогеохимических циклов — эволюционно сложившихся универсальных природных процессов. В соответствии с принципами гомеостаза заметные изменения любого из форми­рующих экосистему функциональных компонентов могут послужить перво­причиной существенных изменении других компонентов; при этом нарушается прежнее внутреннее строение системы (состав растительных и животных сообществ, доминирование органичес­кого вещества и т.д.). Стабильность экосистемы сохраняется и и том случае, если она переходит на новый уровень

гомеостаза. Если же исключается или становится неэффективным любой из функциональных компонентов, экосис­тема может разрушиться иод действием абиотических факторов, например, под действием эрозии.

Достижение стабильного функцио­нирования агроэкосистем, предотвра­щение возникновения и развития деградационных процессов требуют по­стоянной целенаправленной работы: научного осмысления особенностей биологического продуцирования, фор­мирования целесообразных направле­ний практической деятельности. Принципиально важна сравнительная оценка свойств природных и культиви­руемых систем (табл. 7.4). В перспекти­ве должно быть обеспечено максималь­ное приближение свойств искусствен­ных образований к свойствам природ­ных—к этому, по сути, и должны сводиться агроэкологические решения, основывающиеся на учете особенностей массо- и энергообмена в агроэкосисте­мах.

Продукционный процесс агроэкосистемы зависит не от разрозненно дей­ствующих абиотических (местоположе­ние, солнечная радиация, тепловой и водный режимы, минеральное питание и др.), биотических и антропогенных факторов, а одновременно от всего их комплекса (результирующий вектор сложных комбинаций межфакторных взаимодействий). Продуктивность агроэкосистемы обеспечивается интенсив­ностью и направленностью процессов обмена веществ и переноса энергии между возделываемой культурой и ок­ружающей природной средой, находя­щихся под управлением человека. От качества управления, степени его природосообразности зависит в конечном итоге экосистемный уровень биологической организации агроэкосистем.