Агроэкологические
факторы. Л-2
Агроэкология включает специфические
вопросы экологии, связанные с производством средств жизнеобеспечения (пища,
одежда, топливо, стройматериалы, парфюмерия и т.д.) за счет производственной
деятельности на земле. Пространственно это часть экологии суши, а функционально
в сферу агроэкологии относят ту часть специфического обмена вещества и энергии,
которая связана с аграрной деятельностью человека.
В общем виде значение
агроэкологии определяется тем, что история взаимоотношений человека и природы -
это в существенной мере история производства продовольствия и средств
существования за счет ресурсов биосферы, в том числе за счет почвенных
ресурсов. Алгоритм этого процесса можно представить так: рост населения ® рост
потребностей ® рост нагрузки
на среду обитания.
Как следует из приведенного
алгоритма, рост нагрузки на среду обитания есть произведение роста населения и
роста потребностей человека и в
ограниченном пространстве планеты рост не может быть бесконечным, неизбежно
исчерпание ресурсов, в том числе и почвенных, и наступление кризиса. Обострение
экологических проблем есть признак наступления такого кризиса. Признание этого
в мире обычно связывают с выходом книги Д.Форрестера
"Мировая динамика" в 1971 году (перевод в СССР
издан в 1978 году). В течение последующих 10-20 лет экологическая проблема вышла
на первое место в мировом сознании по остроте, потеснив продовольственную
и военную проблемы. Первым из ученых - естественников на принципиальную
ограниченность Земли для роста населения указал В.И.Вернадский (ученик
В.В.Докучаева) в работе "Научная мысль как планетное явление"
(написанная в 1936 году эта работа по политическим мотивам не была опубликована
при жизни ученого, "Правда",11.03.1988 г.). В этой статье
где он писал, что полная заселенность суши Земли достигнута впервые в истории;
дальнейший рост населения возможен только за счет интенсификации производства
средств жизнеобеспечения. Защиту от кризиса В.И.Вернадский предложил в
концепции "от биосферы к
ноосфере". Суть этой концепции - разумное регулирование процессов
взаимоотношения человека и природы в планетарном масштабе, на основании
научно-технического прогресса.
За прошедшие годы концепции
В.И.Вернадского не предложено конкурентоспособной альтернативы. Кризис же
развивается; публикуются мнения и прогнозы, что "человечеству осталось
жить 20-25 лет..." (Комсомольская правда,
5.12.1992). Крупных неприятностей в грядущем не отрицает никто из ученых,
специально занимающихся проблемами экологии. Большинством они прогнозируются не
как мгновенная гибель, а как растянутое во времени ухудшение условий жизни,
увеличение смертности, уменьшение рождаемости и, как итог, сокращение
населения. В России эти процессы очевидны. В качестве общих мер защиты от надвигающихся
неприятностей на одном из важных мест находится проблема экологического образования. Главная задача этого – стабилизировать
ситуацию на приемлемом для человека уровне. Из вышеизложенного следует, что
очень важная часть общеэкологической проблематики
связана с аграрной деятельностью человека, поэтому соответствующие
обстоятельства должны исследоваться во всей полноте.
Теперь все вопросы в
развитии аграрной отрасли должны решаться с учетом как общих экологических
последствий аграрных технологий в комплексе, так и отдельных проектов и
операций. Одним из показателей важности такого подхода является повышенный
спрос мирового рынка на экологически чистую продукцию по повышенной цене.
В обеспечении высокой
продуктивности растений выделяют пять главных условий, которые называют
факторами роста и развития растений. Изменение величины фактора во времени
называется режимом: тепло (температурный режим), свет (световой режим),
вода (режим влажности), воздух (воздушное питание СО2),
минеральные вещества (корневое питание элементами минеральной пищи растений
(ЭМПР), или пищевой режим). Для земледелия как практической дисциплины важное значение имеет возможность влияния на режимы
состояния факторов средствами технологии.
В этом отношении полнее
всего техническими средствами контролируется пищевой режим, реально
сейчас человечество до 70% пищевых калорий получает за счет технологии
удобрений, т.е. если представить, что удобрений не стало, то 70% людей
остаются без пищи.
В существенной степени
регулируется водный режим. Осушительные и оросительные мелиорации оказывают
капитальное влияние на водный режим больших территорий. Система обработки почв
также одной из ключевых задач имеет оптимизацию режима продуктивной влаги в
почве. Воздушный режим тесно связан с водным, поскольку обмен воды и воздуха в
почве идет по одним и тем же порам. Соответственно, тесно взаимозависимо у них
и влияние технологии на режимы.
Тепловой и световой режимы в
открытом грунте только частично могут регулироваться технологией за счет
приспособительных действий. В закрытом грунте, напротив, регулирование
светового и теплового режима составляет основу технологии и преобладает по
затратам. Удобрение и водообеспечение, которые в
открытом грунте являются главными потребителями энергии и средств, в теплицах
занимают относительно меньшую долю по затратам, а, соответственно, и в
стоимости продукции.
При характеристике питания растений важно подразделять три стороны
этого сложного комплексного явления. Остальные живые организмы существенно
отличаются тем, что энергетически питаются за счет растений.
1. Питание как
энергообеспечение. В этом смысле растения потребляют кванты света и называются автотрофы; они осуществляют единственный
в природе процесс преобразования электромагнитной энергии света в форму энергии
химических связей, пригодную для использования живыми организмами.
2. Субстратное питание, как
усвоение вещества (элементов), из которого строится основная
масса тела живых организмов. В этом отношении растения питаются углекислым
газом и водой.
3. Функциональное питание, как потребление
компонентов, обеспечивающих метаболизм живого организма; сюда относится
потребление ЭМПР (включая макро- и микроэлементы). При этом «микро- » означает только количество, а не значение, потому что
дефицит микроколичеств микроэлементов точно так же
ограничивает урожай, как дефицит любого из трех главных элементов питания,
азота, фосфора и калия. Эти три составные части процесса питания, как и другие
процессы роста и развития растений успешно идут при благоприятном значении и
оптимальном сочетании пяти главных
факторов.
Свет
как главный экологический фактор имеет глобальное значение как источник энергии
для основного блока продукционного процесса - фотосинтеза. Для фиксации моля
углекислого газа в среднем необходимо 8 Эйнштейнов
(Е) световой энергии. Эйнштейном называется моль квантов света.
Е = Nhn,
где: N - число
Авогадро 6,02´1023;
h - постоянная Планка 0,66´10-33Дж´сек;
n- частота, сек-1.
Таким образом энергия
Эйнштейна зависит от длины волны. Красный свет с длиной волны 680 нм, основной
диапазон синтеза углеводов, имеет энергию моля квантов (Эйнштейна), равную 176´103 Дж.
Влияние солнечной радиации
определяется тремя обстоятельствами:
1) Температурный эффект
определяется тем, что около 70% солнечных лучей, поглощенных растениями,
превращается в тепло, используемое на транспирацию, регулирование температуры
растений и пр. Это – важный экологический фактор, определяющий условия
реализации температурного оптимума существования всех агроэкосистем.
При температурах выше и ниже оптимума эффективность процессов в экосистемах
снижается. В естественных экосистемах стремление к оптимуму проявляется
формированием списка видов в эволюции, за миллионы лет. В агроэкосистемах
подобное достигается за счет интродукции и селекции;
2) Фотосинтез -
использование фотосинтетически активной радиации
(ФАР), видимой части света с длиной волны 380-710 нм. Разные участки спектра
имеют разную эффективность усвоения, у красных лучей больше, у синих -
меньше, в среднем по спектру считается
возможной фиксация 22% энергии ФАР. В среднем на Земле усваивается около 0,2%
от ФАР, в рекордных полевых посевах достигнут уровень фиксации 2,5%, а в
экспериментах до 5% ФАР; ФАР составляет
около 40% солнечной радиации.
3) фотоморфогенетическое
(регулирующее) воздействие на рост и развитие определяется составом света и
временными факторами освещения, вызывает явления фотопериодизма.
Обобщенно значение отдельных
частей спектра для роста и развития растений характеризуется данными таблицы 1.
Таблица
1.
Значение
отдельных частей солнечного спектра.
|
Часть спектра |
l, нм |
% в
солнечном спектре |
Значение для: |
||
|
Теплового режима |
Фотосинтеза |
Роста и развития |
|||
|
1.Ультрафиолетовая |
290-380 |
0-4 |
не важно |
не важно |
важно |
|
ФАР |
380-710 |
21-46 |
важное |
очень важное |
важное |
|
3. Близкая к инфракрасной |
710-4 тыс |
50-79 |
важное |
не важно |
важное |
|
4.Инфракрасная |
4 тыс.-100 тыс. |
- |
важное |
не важно |
не важно |
Степень использования
солнечной радиации - это обобщенный главный показатель успешности аграрных
технологий, отражающий ступень научно-технического прогресса. За ХХ век
усвоение солнечного света в лучших посевах выросло с 0,2 до 1,2%, что
эквивалентно росту биологической продуктивности с 25 до 150 ц/га
сухой массы.
По особенностям биохимии
фотосинтеза различают растения С3, у которых имеется так называемая фотореспирация (дыхание на свету), первый продукт
фотосинтеза имеет три атома углерода в цепи, и растения С4,
без фотореспирации, у которых первыми синтезируются
4-углеродные вещества. С3 - северные растения (хлеба 1 группы,
свекла, картофель, зернобобовые и др),
считается, что фотореспирация у них повышает
холодостойкость, но снижает скорость фотосинтеза, которая составляет у них
25-30 мг СО2 на 1 дм2 за час. Растения С4 имеют более высокую скорость фотосинтеза, до 60
мг СО2 на 1 дм2 за час, но хуже переносят холода (низкие
положительные температуры), а при отрицательных гибнут (кукуруза, просо, сорго,
рис, сахарный тростник).
В производственных посевах
влияние света регулируется частично созданием условий для лучшего усвоения ФАР
путем вложения дополнительной энергии в виде механизации, химизации, селекции
(обобщенно - инвестиций в интенсификацию технологии земледелия). Вышеотмеченный
рост к.п.д. усвоения ФАР с 0,5 до 2,5% достигнут именно опережающим вложением
дополнительной энергии.
Для усвоения ФАР важное значение имеет распределение культур по элементам
рельефа, густота посевов, геометрия рядков и ориентация размещения их в
пространстве. Лучшим считается размещение рядков с севера на юг. В таком случае
максимум взаимного отенения
растений приходится на максимальное полуденное освещение. Утром и вечером при
боковом освещении растения в рядках освещаются полнее.
По отношению к длине дня
растения делятся на длиннодневные и короткодневные. На
практике это известно в связи с проблемой стрелкования
овощей (в качестве примера чаще приводят редис). Эти овощи при благоприятном длинном дне быстро проходят стадию яровизации и переходят к
генеративной фазе (стрелкование - это выметывание цветочного стебля) не нарастив вегетативную
товарную продукцию. Для задержания овощей в фазе вегетативного роста применяют
искусственное укорачивание светового дня укрыванием растений черной пленкой.
Особо важное
значение световой режим имеет для закрытого грунта в зимние месяцы,
когда без дополнительного освещения возникают проблемы с получением товарной
продукции даже теневыносливых культур (шпинат, выгоночные
зеленные культуры и др.)
В полевом земледелии
недостаток освещения возможен при избыточном загущении,
но в этом случае плохое развитие растений определяется дефицитом не только
света, но также воды и минеральной пищи, как следствие недостаточной площади
питания.
В садах и огородах дефицит
освещения проявляется часто - в тени от деревьев и построек. Такие места
занимают теневыносливыми растениями (смородина и др.).
Тепловой режим в основном
определяется климатом территории и положением участка в рельефе. Культуры
классифицируются по сумме эффективных температур, необходимой для успешного
завершения продукционного цикла. Она получается суммированием среднесуточных
температур, превышающих +10°, обозначается обычно как å t+10°.
Воздействие на тепловой
режим относительно ограниченно и возможно в связи с регулированием водного
режима. Вода очень теплоемкое вещество и избыточно влажные почвы весной
просыхают и прогреваются медленнее, чем находящиеся в оптимальном увлажнении.
Сброс избытка воды ускоряет прогревание технологического горизонта почвы,
ускоряет прохождение ранних фаз развития, позволяет развиться корневой системе
вглубь и этим уменьшить зависимость от осадков за счет усвоения влаги глубоких
горизонтов. Другие возможности регулирования теплового режима связаны с приспособлением,
размещением растений относительно солнечного освещения. Размещение культур на
южном склоне позволяет продвигать теплолюбивые культуры на север от их
естественного ареала распространения. Один градус крутизны южного склона
оценивается примерно как продвижение на
Вода чаще других факторов
роста бывает ограничивающим (дефицитным) фактором, что связано с динамичностью
ее содержания в почве и зависимостью от ритмики выпадения осадков. Влажность
почвы в большей степени, чем свет способна регулироваться технологией
земледелия. Многие задачи обработки почвы ориентированы на сохранение и
увеличение продуктивной влаги в почве (вспашка, углубление пахотного горизонта,
боронование, культивация).
Приход воды определяется
климатом района. Пермская область относится к континентальному климату,
характеризуется большими амплитудами температуры и осадков по зимним и летним
месяцам. Среднемноголетние осадки в Перми за апрель -
Различают физическое
испарение влаги из почвы и расход воды на транспирацию растений, но
подразделить их на поле, занятом растениями, практические невозможно, поэтому
применяется объединяющий термин "эвапотранспирация",
включающий и физическое испарение и транспирацию. При дефиците влаги в почве
устьица закрываются и фотосинтез уменьшается, т.к. в закрытые устьица СО2 не поступает.
На огородах водный режим
регулируется поливом и подбором культур для определенных местоположений.
Основное требование правильного полива - достаточная глубина промачивания. С
учетом этого растения рекомендуется поливать вечером и повышенной нормой, -
лучше один раз в неделю полить, например, капусту по
При высыхании воды, или
впитывании ее корнями растений, место ее в порах занимает воздух. Оптимально в
плодородной почве поры занимают не менее 50% объема и около половины их должно
быть занято водой. Диффузия воздуха активнее идет по крупным
порам аэрации и по ним же активно передвигается влага, частично выполняя роль поршня в насосе, т.е. затягивает за собой
воздух. Так происходит до 30% газообмена. Остальная доля газообмена в почвах,
70 % и более, приходится на диффузию.
Запасы ЭМПР в почве фактор
противоречивый. С одной стороны почти во всех почвах Пермской области
содержание ЭМПР в почвах недостаточно для получения максимального урожая. Максимальный урожай - это тот урожай,
который получается при оптимальном обеспечении факторов роста и развития
растений, зависящих от технологии земледелия (агротехнологии),
т.е. при 100% выполнении правил агротехники. С другой стороны этот фактор в
технологическом отношении самый простой для оптимизации - закупить удобрения,
рассыпать и заделать в почву. Однако в большинстве случаев этого недостаточно,
потому что для эффективного использования минеральных удобрений необходимо,
чтобы почва была в соответствующем хорошем состоянии. Это на большинстве
обрабатываемых земель области не обеспечивается, - на кислых почвах, а особенно
на участках с переуплотненными и экстремально кислыми подпочвами минеральные
удобрения не способны обеспечить надлежащий эффект.
Конкретные задачи аграрного
производства определяются из необходимости обеспечения оптимальных режимов по
каждому из факторов роста и развития растений. Это – решающее условия получения
высокой продуктивности производства продовольствия, кормов, и сырья для
промышленности, при поддержании стабильной экологической обстановки. Общие
правила практической реализации этого описываются законами земледелия (излагаются
по Панникову и Минееву, 1990).
Поскольку почва является
главным и незаменимым средством аграрного производства, очевидна необходимость
лаконично напомнить основные позиции, с этим связанные
Для усвоения основных
проблем возделывания растений необходимо отметить, что агрономическое
определение почвы не полностью совпадает с генетическим Докучаевским
определением, оно шире по охвату, должно включать обстоятельства, связанные с
факторами продуктивности почвы для растений, - плодородия, - что
отмечали еще П.А.Костычев и В.Р.Вильямс.
По В.В.Докучаеву под почвой понимается
верхняя часть земной коры, видоизмененная и дифференцированная на горизонты в
соответствии с особенностями обмена веществ в экосистеме в настоящее время и в
прошлом. В общем виде почвенный профиль по В.В.Докучаеву дифференцирован на горизонты
группы А (собственно почва), В (подпочва) и С
(материнская порода).
По П.А.Костычеву почва - это верхняя часть
земли, в которой распространяется основная часть корневых систем и за счет
которой производится урожай растений.
По В.Р.Вильямсу почва - это вещество,
обладающее плодородием, что и считается главным качеством, отличающим ее от
горной породы.
Почвообразование
(почвообразовательный процесс) представляет собой сложный комплекс природных
процессов, определяющий образование и эволюцию почвы, как зоны тесного контакта
и взаимоперехода живой и неживой природы (почва
есть комплекс минералов и организмов).
Почва - основной регулятор
круговоротов воды, воздуха и ЭМПР в биосфере. Образцом почвы как вещества
считается масса гумусового горизонта типичных черноземов. В Парижской палате
мер и весов в качестве мирового эталона плодородия хранится кубометр курского
чернозема. В почве накапливаются элементы, определяющие плодородие: углерод в
20 раз по сравнению с кларком коры выветривания («кларк» - среднее содержание химического элемента в
какой-либо сложной группе объектов, земной коре в целом, растениях в целом,
животных в целом, - вычисляется усреднением большого числа данных, как правило,
несколько десятков тысяч). Накапливаются N (в десять раз), O, H, P, S и
другие элементы. Крупнейшим ароморфозом стала способность почв обеспечивать
растения усвояемым азотом при переходе эволюции от
прокариот к эукариотам.
В почве как веществе (масса
горизонтов А1, АПАХ)
оптимизируются физические свойства, - улучшаются условия обеспечения влагой за
счет воды, запасаемой в капиллярах структурных агрегатов, формируется водопрочность структуры, возрастает устойчивость к
уплотнению.
В химическом отношении почва
представляет собой сложную полиреагентную систему,
регулирующую многие биогеохимические реакции природного метаболизма.
Упомянутые характеристики
почвы определяют основные особенности ее как основного средства производства
продовольствия и объект земледелия и растениеводства. Подробно они рассматриваются
в курсе почвоведения.
Опытом науки и практики
сформулирован ряд законов, обобщающих правила земледелия, которые обобщают
правила эксплуатации земли как средства производства.
Закон
прогрессивного нарастания плодородия почв определяет, что при
правильной эксплуатации земли в почве накапливаются элементы минерального
питания растений (ЭМПР), гумус и улучшаются физические свойства, что позволяет
получать стабильные и высокие урожаи.
Нарушение законов земледелия
приводит к деградации и даже к уничтожению почв (Северная Африка, Месопотамия,
пустыни вообще, барханные пески в Белоруссии на месте торфяных болот, солончаки
и т.д.).
Законы
минимума, оптимума, максимума и возврата определяют правила агротехнологического круговорота ЭМПР в земледелии.
Закон минимума определяет, что величина
урожая ограничивается фактором, находящимся в минимуме. Так, если в почве азота
имеется на урожай зерна 20 ц/га, а фосфора, калия и
других ЭМПР на 30 ц/га, то урожай будет 20 ц/га, или чуть побольше (см.
ниже). Ограничивающими (лимитирующими) бывают запасы ЭМПР в доступной форме и
другие факторы, - влага (как недостаток, так и избыток), сумма эффективных
температур, освещенность, кислотность, переуплотнение почвы. Важное
значение закона минимума в том, что без улучшения фактора, находящегося
в минимуме, вложения средств не окупаются. Недостаток лимитирующего фактора не
может быть компенсирован избытком другого фактора.
Закон оптимума определяет, что когда несколько факторов находятся в оптимуме, то их
эффект усиливается. Так, если азота в почве, как в вышеприведенном примере, на
20 ц/га, а другие факторы соответствуют уровню урожая
30 ц/га, то урожай фактический может быть до 25 ц/га за счет более эффективного использования наличного
азота (может повыситься доля реутилизации азота). Аналогичное
описано и для некоторых других факторов. Таким образом, оптимизация нескольких
факторов может повысить к.п.д. использования минимального фактора.
Закон максимума определяет, что избыточность фактора может стать причиной снижения
урожая (влага, тепло, свет, азот и некоторые другие). Например, если азота в
почве на 400 ц/га а фосфора
и калия только на 200 ц/га, то фактический урожай
картофеля может оказаться только 100 ц/га. У
практиков это называется «картофель ушел в ботву».
Закон возврата, сформулированный Ю.Либихом лежит в основании земледелия.
Удаление с поля части ЭМПР с урожаем без равного возвращения их в землю
неизбежно приведет к снижению эффективности хозяйствования на земле, к утрате
плодородия почвы. Изъятие ЭМПР с урожаем и возможность невозврата
их есть главное отличие посевов от естественных экосистем. Закон возврата не
противоречит тому обстоятельству, что при правильной агротехнологии часть недоступных и малодоступных запасов
ЭМПР может стать доступной и урожай какое-то время будет удерживаться на высоком
уровне. Со временем неизбежно наступит дефицит и
урожай снизится в соответствии с законом минимума.
Закон
совокупного взаимообусловленного, а не изолированного действия факторов роста
и развития растений определяет, что при невозможности обеспечения какого-либо
одного фактора неизбежно ухудшается использование других факторов.
Соответственно, нерационально вкладывать средства в поддержание отдельных
факторов на несогласованном с другими факторами высоком уровне. Важным
практическим следствием данного закона является максимальный урожай.
Величина оптимального уровня фактора в соответствии с данным законом
принимается при условии оптимальности остальных факторов.
Закон совокупного действия
факторов имеет особенно большое значение для озимых и многолетних культур,
потому что прибавляется комплекс факторов, обеспечивающих успешность
перезимовки. Совокупное действие факторов можно использовать для косвенного
управления комплексом факторов роста и развития через тесно коррелирующие
совокупные факторы. Например, фосфорные и калийные удобрения ускоряют
созревание, повышают к.п.д. использования влаги и снижают зависимость урожая от
засухи.
Основной практический вывод
из закона совокупного действия факторов роста и развития - продуктивность земледелия нельзя
повысить ограниченным набором агротехнологии.
Так, дефицит влаги не заменить избытком удобрений, а орошение не заменяет
внесения удобрений, а, наоборот, подразумевает увеличение их доз, тогда затраты
окупятся бысрее и полнее. Очевидно также, что
нерационально вкладывать средства в отдельные факторы, при наличии факторов,
остающихся в минимуме. Например, невыгодно закупать дорогие элитные семена и
гибриды при низком агрофоне
хозяйства.
Закон
единства и взаимообусловленности агрофитоценоза
(посева) и его местообитания (экосистемы). Растения и растительность в целом тесно
взаимодействуют со средой обитания в сложной системе отношений конкурентности и приспособления.
Очень активна конкуренция
между растениями одного вида и между видами с выраженной потребностью в
одинаковых факторах в одно и то же время. Напротив, между растениями
поглощающими ЭМПР и влагу из разных слоев почвы, различно облучаемых солнцем,
конкуренция ослаблена. Также ослабляет конкуренцию разница во времени потребления
факторов роста (эфемеры). Отражением указанного в
естественных экосистемах служит ярусность в надземных
органах и корневых системах, что позволяет полнее использовать почвенные и
космические факторы жизни. Важное значение имеет
разнообразие видов. Особо отмечается роль бобовых растений как накопителей
химически связанного азота, который может использовать всей экосистемой.
Растения с глубокими корнями
оставляют влагу верхних слоев для эфемеров и одновременно перемещают к
поверхности ЭМПР из глубинных горизонтов, обеспечивая потребности других видов
и будущих поколений. Ведущей причиной углубления корней выступает потребность
во влаге, но одновременно почва обогащается ЭМПР, усиливается обеспечение потребностей
экосистемы в ЭМПР.
Чем разнообразнее видовой
состав фитоценоза, тем выше устойчивость к вредителям и болезням, оптимальнее условия для повышения общей экологической
устойчивости. Важна также система взаимного использования (утилизации) отходов
жизнедеятельности растений, животных, микроорганизмов и грибов, что
обеспечивает стабильный круговорот ЭМПР в экосистеме. Разные виды высших и низших
растений воздействуют на пищевой, воздушный, водный,
тепловой режимы в экосистеме в разных направлениях и в разной степени. Почвы
функционируют так, что одни типы организмов готовят условия жизни для других.
При распашке природных
фитоценозов сложившаяся система связей нарушается. Вместо многовидового
фитоценоза высевается один вид культурного растения, утрачивается ярусность, сокращается время взаимодействия растений с
почвой.
Монокультурой называется агротехнология, когда на участке земли несколько лет подряд
возделывается одна и та же культура. При монокультуре, в соответствующей агроэкосистеме накапливается ряд негативных обстоятельств:
- почва односторонне
истощается отдельными элементами минерального питания, в пропорциональной
большей доле выносимыми данной культурой;
- накапливаются
специализированные вредители, возбудители болезней, растут потери урожая от них
и растет экологическая нагрузка на агроэкосистему за
счет применения средств борьбы (ядохимикатов и т.п.);
- накапливаются семена и
вегетативные органы размножения сорняков, которые конкурируют с возделываемыми
растениями за факторы роста и снижают продуктивность. Борьба с сорняками
удорожает производство и увеличивает экологическую нагрузку.
Таким образом, при
монокультуре получение высокого урожая усложняется с каждым годом. Побуждает к
монокультуре, как правило, экономический интерес, - когда нет равноценной
замены культуры без потери выручки за урожай.
Существенное значение могут
иметь политические обстоятельства. Например, целина в 1950-х годах осваивалась
под монокультуру пшеницы. Для плодосмена не было экономических условий и технологической
инфраструктуры. Только вырастить пшеницу и вывезти зерно.
Плодосмен (когда реализуется
последовательная смена высеваемых культур по участкам и во времени) в агроэкосистемах моделирует условия естественного
фитоценоза, реализует принцип более эластичного использования факторов роста.
Плодосмен при научно обоснованном подборе культур очень эффективен
экономически. С введением нордфолькского 4-польного
севооборота в Англии в 18 веке урожай вырос в 2 раза. Д.Н.Прянишников указал 4
группы причин в пользу плодосмена:
«...1) причины химического
порядка, то есть различия в химическом составе растений и потреблении ими
питательных веществ;
2) причины физического
порядка, т.е. различия в состоянии почвы и ее влажности после уборки разных
культур;
3) причины биологического
порядка, т.е. разное отношение культур к болезням, вредителям и к сорным
травам;
4) причины экономического
порядка, т.е. различия в количестве и распределение во времени труда, которого
требуют культуры, их разное значение для хозяйства».
Теперь к этим четырем
прибавились причины, связанные с почвозащитной и мелиоративной ролью некоторых
культур (донник на солонцах, люцерна в орошаемом земледелии), а также причины
экологического значения, защиты от водной и ветровой эрозии.
В качестве новых вариантов
использования принципов плодосмена называют промежуточные посевы,
чаще бобовых культур. При возможности массу этих культур запахивают в качестве
зеленого удобрения. Также распространено чересполосное и порядковое
выращивание. Например, морковь и лук взаимно защищают от морковной и луковой
мухи. Горох, посеянный между картофелем, отпугивает проволочника.
Экономические требования
часто вынуждают расширять посевы выгодных культур выше их доли в севообороте. Например, на самых плодородных участках из имеющихся в хозяйстве
выгоднее выращивать культуру, приносящую максимально возможную прибыль, а
замена ее на очередные культуры севооборота приводит к убыткам.
Возможности регулирования площадей расширяются через использование способности
культур к совместимости и к элементам монокультуры. В этом отношении культуры
делятся на:
1)
стабильные (самосовместимые), выносящие монокультуру, - рожь, кукуруза, люпин
желтый, конопля, табак, просо, картофель (на полях без нематод);
2)
лабильные (отрицательно реагируют на повторные посевы), - пшеница, овес,
сахарная и кормовая свеклы, клевер, люцерна, горох, лен, подсолнечник, капуста;
3) севооборотолабильные,
отрицательно реагируют на посев «после» - пшеница после ячменя, овес после
ячменя и наоборот, клевер после люцерны, гороха, бобы после клевера. Есть
несовместимые культуры, например овес и горох. Вырастают либо овес, либо горох,
но вместе никогда успешно не вырастают.
Повышение продуктивности
земледелия экологически выгодно, так как при этом уменьшается экологическая
нагрузка за счет того, что необходимое количество продукции выращивается на
относительно меньшей площади. К настоящему времени разработано много приемов
повышения плодородия почвы и оптимизации земледелия, имеющих как общий, так и
зональный характер. Обычно их группируют по характеру воздействия на почву и
используемым средствам воздействия.
1) физические приемы
(обработка почвы, борьба с эрозией);
2) агрохимические и
биохимические приемы, призванные улучшить круговорот веществ в земледелии;
3) мелиоративные меры дают
капитальное улучшение агрономических свойств почвы (известкование, гипсование, глинование, пескование, углубление
пахотного горизонта) и условия их использования (орошение, осушение);
4) агролесомелиорация
(полезащитные лесные полосы);
5) биологические меры
(правильный набор возделываемых культур, оптимальная структура площадей и
севооборотов, сортовое и гибридное семеноводство).