Агроэкология

Л-1. Введение

Предисловие, общие определения

Агроэкология, раздел экологии, исследующий возможности получения аграрной продукции высокого качества с учетом экологических требований в реальных условиях современного индустриального хозяйства.

Современные аграрные технологии включают ряд очень мощных воздействий на среду механического (обработка почвы, осушение, орошение, выпас скота), химического (удобрения, яды, стимуляторы) и биологического (посев и посадка растений, микробные препараты, навоз и т.п.) характера.

Агроэкология не отвергает возможности использования минеральных удобрений и химических средств защиты посевов от сорных растений, вредителей и грибковых болезней, а разрабатывает рекомендации, при которых эти препараты принесут наименьший вред окружающей среде.

В агроэкологических исследованиях учеными решаются проблемы совершенствования структуры сельскохозяйственных угодий за счет сокращения распашки участков с повышенной эрозионной опасностью, ведения севооборотов с почвозащитными культурами. За счет использования почвовосстанавливающих культур и улучшения технологии удобрений возможно восстановление в почвах бездефицитного баланса питательных элементов и органического вещества.

Активно ведутся исследования по контурно-мелиоративному и биологическому земледелию, селекции культур, устойчивых к вредителям, болезням и неблагоприятным экологическим условиям. Разрабатываются биологические методы защиты посевов от насекомых-вредителей и сорных растений. Изучаются вопросы приведения в соответствие поголовья скота и его структуры и реальных возможностей кормопроизводства - емкости естественных пастбищ, которые деградируют из-за перегрузок в их эксплуатации в 2-5 раз. Разрабатываются технологии культурных пастбищ

Таким образом, агроэкология – это экология сельскохозяйственных угодий, созданных человеком и им используемых. Ее значение определяется, в первую очередь обширностью территории. Аграрные земли (пашни, сенокосы и пастбища, сады, лесопосадки, а частично и леса) занимают более 50% ее территории. С поправкой на малообжитую тундру эта доля существенно больше.

Сельскохозяйственная экология или агроэкология изучает вопросы рационального природопользования в сельском хозяйстве. Ее рекомендации позволяют сочетать получение высокого урожая на полях и высокий выход животноводческой продукции с сохранением плодородия почв и продуктивности сенокосов и пастбищ. В правильно организованном хозяйстве производят экологически чистые продукты и не загрязняют атмосферу и воду.

Состав агроэкосистемы

Агроэкосистемы это антропогенные (т.е. созданные человеком) экосистемы. Человек определяет их структуру и продуктивность: он распахивает часть земель и высевает сельскохозяйственные культуры, создает сенокосы и пастбища на месте лесов, разводит сельскохозяйственных животных.

Агроэкосистемы автотрофны: их основной источник энергии - солнце. Дополнительная (антропогенная) энергия, которую использует человек при обработке почвы и которая затрачена на производство тракторов, удобрений, пестицидов и т.д., не превышает 1 % солнечной энергии, усваиваемой агроэкосистемой.

Как и естественная экосистема, агроэкосистема состоит из организмов трех основных трофических групп: продуцентов, консументов и редуцентов.

Продуценты

Продуценты в агроэкосистеме - культурные растения, травы сенокосов и пастбищ, деревья садов , лесопосадок и естественных лесов, входящих в ее состав. Продуценты и спутники культурных растений - сорняки.

Консументы

Консументами в агроэкосистеме выступают человек и сельско-хозяйственные животные. К консументам относятся также вредители полевых культур (от насекомых до сусликов и хомяков), паразиты (часто опасные для сельскохозяйственных животных), полезные насекомые - хищные и опылители, птицы, организмы - симбиотрофы (микоризные грибы и бактерии - азотфиксаторы).

Редуценты

Редуценты в агроэкосистеме - в основном бактерии. Они поддерживают плодородие почв, превращая остатки в гумус, а гумус и вносимый на поля навоз - в более простые органические и минеральные вещества, доступные растениям.

Сам человек в агроэкосистеме - консумент-фитофаг (питается растениями) и зоофаг (ест мясо и пьет молоко). Однако его роль в агроэкосистеме еще больше, так как исходя из своих интересов, он формирует структуру и состав агроэкосистемы и влияет на ее трофические элементы с целью получить наибольшую первичную и вторичную продукции.

Все компоненты агроэкосистемы тесно связаны, хотя в ней не возникает полного экологического равновесия, как в естественных экосистемах. Поддерживать равновесие в агроэкосистеме должен сам человек. Если этого не делать, происходит разрушение ее ресурсов.

Сельскохозяйственное загрязнение

загрязнение стоками животноводческих ферм и скотооткормочных комплексов. Борьба : строительство навозохранилищ с бетонными стенами, удаление ферм от берегов рек.

загрязнение пестицидами и их остатками. Борьба: внесение строго определенных количеств в почву, защита от смыва в реки, озера, биологические способы борьбы.

загрязнение почвы тяжелыми металлами. Борьба: очистка удобрений на предприятиях-производителях, контроль их содержания в партиях удобрений и в почве.

загрязнение почвы и продуктов питания нитратами. Борьба: ограничение внесения минеральных азотных и органических удобрений, уменьшить затенение растений (свет противодействует накоплению нитратов в растениях).

Общая обстановка в агроэкосистемах

Истощение ресурсов

С середины ХХ века стало заметно нарастающее ограничение многих ресурсов, в том числе земельных, в сочетании с быстрым ростом населения. Выработка богатых месторождений полезных ископаемых привела к необходимости разрабатывать бедные месторождения. Это вызвало цепную реакцию затрат земельной площади и ресурсов на производство машин. Рост территории городов, дорог, промплощадок также уменьшает резервы аграрных угодий.

Насыщение

Индустриализация и интенсификация производства продовольствия и других средств жизнеобеспечения сопровождается ростом отходов и загрязнителей. Поскольку агроэкосистемы занимают большие площади и располагаются в оживленных районах, то основная часть активно мигрирующих загрязнений поступает в них. Кроме того, сами агроэкосистемы интенсивно насыщаются химикатами, которые используются для

Почему экологическая ситуация стала критической

Доля смысла, приходящаяся на аграрную сторону экологической проблематики очень значительна. На примере земельных ресурсов это выглядит так. Теперь для производства пищи используется 1,5 млрд га. За все время цивилизации из-за неправильного использования погибло 1,5 млрд га. То есть 100% от используемой площади превращено в пустыни, солончаки, овраги, бедленд (места, гдо почва смыта, остались одни камни) и тюдю

Об этом не думали…

Ситуацию характеризует  рис.1, построенный по данным социологического мониторинга в семидесятых годах

 

 

 

 

 

 

Другие страны

Семья

Личные

Время на перспективу

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Рисунок представляет графическое обобщение специального анкетирования. В анкетах опрашиваемые указывали – что занимало их мысли, что давало импульсы для поиска решений, отыскания ответов на вопрос «что делать?». Результаты опросов были ранжированы по масштабу (вертикаль) и по сроку (горизонталь) озабоченности.

Результаты наглядно отражают состояние вопроса. В преобладающей массе люди не задумываются о последствиях текущих действий на перспективу и в широком масштабе. Абсолютное большинство мыслей крутится вокруг сегодняшних - завтрашних забот и касается лишь близкого окружения. Об общих последствиях думали единицы (Вернадский, Тейяр-де-Шарден).

Как это происходит?

Одной из главных причин обострения экологических проблем у специалистов всего мира считается экспоненциальный рост численности. Это служит толчком к дисбалансу всей системы. Важная черта экспоненциального роста – незаметность «до поры, до времени». Когда наступает взрыв – меры принимать уже поздно.

Наглядной иллюстрацией процесса экспоненциального роста служит модель «лилии в пруду» - зарастание домашнего пруда лилиями (ряской, элодеей и др. быстрорастущими видами). Такое мог наблюдать каждый пытливый человек.

С наступлением теплых дней пруд зарастает быстро, после появления первой лилии (ряски) полностью покрывается лилиями за 30 дней, если количество лилий удваивается каждый день (в июле это так и есть). График этого процесса представлен на рис.2.

 

 

 

 

 

1/4

 

 

 

Рис.2.  Пруд зарастает лилиями за 30 дней. За 5 дней до полного зарастания этот процесс практически незаметен.

 

График является наиболее наглядным и доходчивым примером «экспоненциального взрыва». Уезжая в воскресенье вечером с дачи Вы радовались первым цветкам лилий, а приехав в субботу, увидели, что листья и цветы уже сплошь порыли всю поверхность пруда.

Численность населения также растет по экспоненте. Для наглядности полезно отметить, что при росте населения 3% в год такое удвоение происходит за 24 года (это легко проверить, умножая 100 на 1,02 на калькуляторе). При росте, 2% в год удвоение численности происходит за 35 лет а при росте 1% в год – за 70 лет. Статистика показывает, что в разных странах приросты населения по годам варьируют, но в среднем удвоение численности населения Земли происходит в последние годы за 30 лет. То есть то, что для лилий составляет 1 день, для населения равно 30 годам, в остальном разницы нет – экспоненциальный взрыв имеет точно такой же вид.

Самым важным является то, что сейчас идет «взрывная часть» роста населения, истощения ресурсов и загрязнения среды. Очевидно, что при ограниченной площади Земли тупик неизбежен. Необходимы действенные меры, которые в каждой стране имеют как общие, так  и особые черты.

Первой попыткой описать последствия экспоненциального роста была прямолинейная экстраполяция Мальтуса. На смену простой экстраполяции потребностей быстровозрастающего населения в пище и других продуктах аграрного производства пришли попытки комплексного анализа и прогноза совокупности наиболее важных сторон развития человеческого общества.

Данные общего системного анализа

Книга Д.Форрестера «Мировая динамика» - первая профессиональная оценка перспектив развития мира в планетарном масштабе, была издана в 1971 г в США; перевод издан в 1978 в издательстве «Наука».

Д.Форрестер по-новому подошел к анализу проблем, возникших с расширением возможностей человека воздействовать на среду и появлением новых форм зависимости людей от сил внешней природы. В книге рассматриваются географически усредненные тенденции развития цивилизации.

Примеры системного анализа по Форрестеру

 

1. Общий анализ перспектив по 5 главным уровням

 

 

 

 

 

 

 

 

 

	1970 г		» 2020 г		2100 г

 

 

Рис. 3.  «Модель Форрестера» - клубок пределов роста и кризисов после 2000 года

 

 

Анализ показывает, что кризис неизбежно наступает по всем вариантам, уровень качества жизни миновал в шестидесятых годах и уже не вернется (нельзя будет походить по нехоженному лесу с ружьем).

2. Прирост запасов сырья не дает принципиального изменения

 

 

 

 

 

 

 

 

 

			Время

 

Рис. 4.   Соотношение динамик запасов, цены
и потребления сырьевых ресурсов

В этом случае увеличения запасов кривые сдвигаются на несколько десятилетий вправо, но принципиально картина не меняется. Кроме того резко возрастают загрязнения, которые аккумулируются.

 

3. Удержание загрязнений в экосистемах

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Рис.   Динамика уровня загрязнения ДДТ в атмосфере, почвах и рыбе

 

 

4. Аккумуляция свинца в льдах Гренландии

			1960 г – 80 мкг/т
				1950 г – 20 мкг/т

 

 

 

 

 

 

              Рис.    Загрязнение свинцом льда в Гренландии

 

5. Сложность обще схемы прогнозирования

 

 

 

 

 

 

 

 

Рис.   Картина сложности связей населения и производства средств жизнеобеспечения

 

Факторы, связанные с аграрным сектором, играют определеяющую роль.

 

 

 

Табл.   Рост энергозатрат на жизнеобеспечение человека на разных ступенях цивилизации

Индивидуальное потребление энергии - ккал/сут	Питание	Быт	Производство	Транс-порт	Общие затраты
Первобытный человек	2				2
Охотник	3	2			5
Земледелец	4	4	4		12
Культурный земледелец (железный плуг)	6	12	7	1	26
Х1Х-ХХ вв «собственно человек»	7	32	24	14	77
ХХ-ХХ1 вв «человек технологический»	10	66	91	63	230

 

Графическое представление данных таблицы дает такой же взлет, как по другим вышеприведенным показателям. Если бы все страны мира расходовали как США, то  общий кризис уже был бы фактом. Пока глобальный кризис откладывается скромным уровнем жизни абсолютного большинства населения Земли.