<<
>>

ОСНОВНЫЕ ПРИНЦИПЫ РЕГУЛЯЦИИ И ОПТИМИЗАЦИИ АГРОБИОГЕОЦЕНОЗОВ

Основная идея регуляции и оптимизации процессов, протекающих в агробиогеоценозах, заключается в том, чтобы эти биокос- ные системы «работали» по принципу природных экосистем (лугов, степей, лесов и др.).

Однако в силу специфики агробиогеоценозов как систем не только экологических, но и социально-экономических практическая реализация этой идеи в полном объеме невозможна. Создание биогеоценоза аграрного, функционирующего по принципу биогеоценоза природного, так же невозможно, как невозможно создание вечного двигателя. Кардинальное улучшение растениеводства (и животноводства) заключается в экологическом подходе при решении назревших проблем сельского хозяйства.

Экологическую регуляцию и оптимизацию процессов, протекающих в агробиогеоценозах, проводят на разных структурных уровнях, начиная с молекулярного (клеточного, организменного) и кончая биогеоценотическим (ландшафтным).

Уровень растительного организма и входящих в него подсистем. Оптимизация процессов, протекающих в организме растения, его органах, клетках и субклеточных структурах, состоит в проведении комплекса мероприятий по совершенствованию экстерьерных и интерьерных черт особи. «Конструирование» растения должно обеспечить его высокую продуктивность (урожайность), хорошо выраженную конкурентоспособность и устойчивость к неблагоприятным факторам среды. Совместить эти полезные качества в одном растительном организме очень трудно, так как высокая урожайность, с одной стороны, и выраженная конкурентоспособность и устойчивость — с другой, выступают как признаки-антагонисты (Попов). И все же современные методы селекции и генетики позволяют сделать многое в достижении этой цели. Они дают возможность создавать растения такой конструкции, которая представляет собой удачный сплав относительно высокой урожайности и хорошо выраженных свойств виолентности и патиентности.

Уровень популяции растений.

При регуляции популяции растений обращают внимание на ее плотность. Плотность популяции во многом определяет взаимоотношения растений между собой. Внутрипопуляционные взаимоотношения существенно изменяются в популяции в процессе роста и развития составляющих ее растений. В самом начале развития популяции между растениями складываются взаимоотношения, сходные с симбиозом (групповой эффект взаимопомощи). Затем по мере роста и развития растений возникают конкурентные взаимоотношения. Конкуренция, резко обострившаяся при увеличении плотности популяции, ведет к снижению урожайности культуры. Поэтому для получения достаточно высокого урожая необходимо проводить мероприятия по оптимизации плотности популяций культурных растений. Так, например, плотность популяции озимой ржи, характеризующаяся 400—450 растениями на 1 м2, может быть достигнута нормой высева 90—300 кг/га со всхожестью 3,5—6,5 млн семян на 1 га. Для посева яровой пшеницы с плотностью популяции 600—800 продуктивных стеблей на 1 м2 норма высева семян составляет 100— 225 кг/га (с той же всхожестью семян, что и у озимой ржи). Нормы высева семян сельскохозяйственных культур в каждом конкретном случае должны уточняться с учетом сорта, способа посева, природно-климатических и эдафических (почвенных) условий того или иного агробиогеоценоза. Плотность посева должна быть такой, чтобы не было взаимного угнетения культурных растений, не снижался уровень их продуктивности (урожайности) и не возникало массового развития сорняков.

На урожайность сельскохозяйственных культур влияет не только плотность популяций растений, но и способ посева. При одной и той же норме высева урожайность может быть различной в зависимости от количества растений в рядке, ширины междурядий, ориентированности рядков по отношению к сторонам света и т. д.

Один и тот же урожай может быть получен либо за счет меньшего числа крупных экземпляров, либо за счет большего числа мелких. Д. Харпер сформулировал закон, получивший наименование 3/2. Согласно ему увеличение средней массы растений в 3 раза соответствует снижению плотности популяции в 2 раза.

Создание гетерогенных популяций за счет посева смеси разных сортов культурных растений одного вида — один из эффективных методов повышения урожайности сельскохозяйственных культур. Разные сорта одного вида растения могут взаимодополнять друг друга, более полно использовать ресурсы почвы, влаги, света и давать более высокий урожай. Сортосмеси культивируемых растений земледельцы использовали давно. Известно, что сортосмеси риса в Китае высевались 2—3 тыс. лет назад. Раннеспелый сорт риса подсаживали к позднеспелому, и урожай значительно возрастал. Практикуются сортосмеси кукурузы и пшеницы. Сортосмеси дают более высокие урожаи, меньше засоряются. *

Повышения гетерогенности популяций и уменьшения конкуренции между растениями можно добиться определенными способами посева культуры одного сорта. Например, в ряде случаев проводят посев культуры сухими и замоченными (огурец, морковь) семенами или пророщенными на свету и только что извлеченными из темного хранилища клубнями картофеля. За счет совмещения в одном посеве растений с разными сроками посадки урожай картофеля увеличивается на 50—70 %.

Уровень агробиоценоза. В регуляции процессов, протекающих в полевом сообществе (агробиоценозе), большое внимание уделяют формированию смешанных посевов разных видов культурных растений. Экологические преимущества смешанных посевов перед чистыми известны давно. Поэтому во многих ландшафтах, особенное субтропиках и тропиках, смешанные посевы вытеснили монокультуры. Р. Митчелл указывал, что в регионах, где выпадает много осадков, в смеси выращивают 10—40 культур. Так возделывают главным образом кукурузу, сорго, каянус, арахис, хлопок и многие другие растения, которые нетрудно располагать чередующимися рядками, проводя их посев и уборку в разные периоды года. Успешному выращиванию смешанных культур способствуют природно- климатические условия, позволяющие заниматься растениеводством круглый год.

В географической зоне умеренного климата, где вегетационный период растений резко ограничен весенне-летним периодом года, возможности для смешанных посевов уменьшаются.

Тем не менее и здесь проводят смешанные посевы сельскохозяйственных культур и кормовых трав. В сельскохозяйственном производстве Получили распространение смешанные посевы вики и овса, кукурузы с бобами или фасолью, подсолнечника с бобами. При посеве нескольких культур с разными ритмом развития, типом корневой системы, степенью устойчивости к засухе происходит такая «подгонка» экологических ниш, которая позволяет растениям использовать ресурсы более полно. Конкуренция между видами ослабляется, стабильность растительного сообщества повышается, его продуктивность возрастает.

Основное преимущество смешанных культур, по Р. Митчеллу, — получение стабильных урожаев. Сравнительная оценка урожайности чистых посевов проса, арахиса, сорго и смесей этих культур при разных погодных условиях показала, что при благоприятной погоде урожайность моно- и поликультур практически одинакова. Иная картина отмечена во время засух. В неблагоприятные засушливые годы смешанные культуры давали более высокие урожаи. Смешанная культура — это своего рода экологическая страховка, позволяющая ежегодно собирать довольно высокие стабильные урожаи. Широкое распространение получили смеси Кормовых трав (кормосмеси).

При регуляции и оптимизации процессов, протекающих в агробиоценозе, много внимания уделяют контролю за численностью сорняков — конкурентов культурных растений. Полное уничтожение сорной растительности — это трудная, а порой и невыполнимая задача. Банк семян сорных растений обычно велик, и освободить полевой участок от засорения можно лишь на определенный, как правило, короткий, период времени. На полевом участке после очистки от сорняков через некоторое время вновь появляется поросль сегетальных сорных растений.

Контроль за сорняками предполагает определение порога засоренности посева, т. е. той плотности популяции сегетальной растительности, с которой начинается снижение урожая. Проективное покрытие сорных видов в 10—15 % не является причиной резкого снижения урожая (Миркин, Злобин).

Разрабатывают методы уменьшения численности сорняков при помощи регуляции их взаимоотношений с другими сочленами агробиоценоза. В управлении взаимоотношений между культурными и сорными растениями положительную роль может сыграть выбор местного варианта севооборота. Целесообразно подобрать такой севооборот, при котором смена посевов максимально подавляла бы сорные растения.

В Среднем Поволжье при сильной засоренности почв гордом вьюнковым и чистецом однолетним целесообразен посев пропашных культур. При конструировании агробиоценоза на засоренных почвах целесообразно определять экологически обоснованные сроки посева. Например, сорные растения могут быть подавлены ранними посевами яровых культур. Угнетающее влияние культурных растений на сорные может быть усилено рациональным использованием удобрений. Например, внесение удобрений под подсолнечник способствует угнетению сорняков. Причина подавления роста и развития сорняков — их световое голодание, связанное с затенением. Упомянутый ранее закон Д. Харпера — еще одно средство изменять соотношение численности культурных и сорных растений и, следовательно, влиять на урожайность сельскохозяйственных культур. Если засоренность полевого участка невелика, то норму высева семян можно значительно снизить и получить относительно дешевый урожай за счет меньшего числа крупных растений. Если почва очень сильно засорена и имеется реальная опасность массового развития сорняков, норму высева семян обычно повышают. Увеличение плотности популяций культурных растений — один из факторов подавления сорняков.

Взгляды на роль сорняков в агробиогеоценозах резко изменились. Современные фитоценологи считают, что в полном искоренении сорняков нет необходимости, так как небольшая численность сорных растений не только не ухудшает, а, наоборот, улучшает экологическую обстановку в агробиогеоценозе. Действие сорных растений на агробиогеоценоз многогранно. Установлено, что сорняки активно влияют на биотический круговорот. Дело в том, что вокруг корневой системы сорных растений формируется сообщество бактерий, грибов, других организмов-деструкторов, ускоряющих минерализацию стерни и, следовательно, активизирующих ход геохимических циклов.

При обогащении почв удобрениями сорняки накапливают их в своих телах, особенно в подземных органах. Они становятся своеобразными резервуарами питательных веществ. Поэтому не усвоенные культурными растениями элементы минерального питания из почв не вымываются, а сохраняются в агробиогеоценозе. После минерализации фитомассы элементы минерального питания возвращаются в почву и могут быть использованы новыми поколениями культурных растений.

Сорняки, обладающие глубокой корневой системой, извлекают минеральные вещества из недоступных культурным растениям глубинных слоев почвы. Питательными веществами, добытыми сорняками из глубин грунта, обогащается поверхностный слой почвы, и это способствует улучшению условий роста и развития культурных растений. Сорняки в известной мере защищают почву от эрозии, препятствуя перемещению элементов минерального питания растений за пределы агробиогеоценоза. Сорные растения разнообразят видовой состав агробиоценоза, способствуя увеличению численности связанных с ними видов животных и особенно насекомых. Стимулируется возникновение новых симбиотических связей, приближающих агробиоценоз к естественному сообществу. Многовидовой состав агробиоценоза препятствует непомерному размножению насекомых-доминантов, способных причинить существенный вред посевам. Посевы без сорняков чаще поражаются вредителями.

При регуляции и оптимизации процессов, протекающих в посевах клевера, люцерны, других опыляемых растений, возникает необходимость введения в агробиоценоз насекомых-опылителей. Так, дикие и домашние пчелы эффективно опыляют клевер и люцерну. Поэтому целесообразно сохранять места, где дикие пчелы могли бы устраивать гнезда, например полевые межи. Медоносные пчелы как опылители люцерны играют важную биоценоти- ческую роль в агробиоценозах сухих и теплых регионов земного шара.

В. Тишлер отмечал, что в популяциях красного клевера, выращенного на пашне, численность опылителей, в частности шмелей и пчел, обычно недостаточна. Поэтому вблизи клеверных полей стали размещать ульи. У пчел начал вырабатываться рефлекс посещать цветки клевера и, следовательно, опылять растения. Опыление, проводимое подобным образом, повышало урожай семян на 40 %.

В состав агробиоценоза вводят другие полезные организмы, например дождевых червей. Во многих странах (США, Япония, Франция и др.) созданы специальные предприятия для их размножения. Червей вводят в агробиоценоз, и под их влиянием свойства почвы улучшаются.

В состав агробиоценоза человек вносит полезные для культурных растений микроорганизмы: азотобактер (бактериальное удобрение «Азотоген») и клубеньковые бактерии (бактериальное удобрение «Нитрагин»).

В агробиоценоз могут вводиться вирусы, бактерии, грибы и другие сверхпаразиты — возбудители болезней вредителей культурных растений.

Уровень агробиогеоценоза. Регуляция и оптимизация процессов, протекающих в агробиогеоценозе, состоят в подготовке почвы к посеву, проведении других мероприятий, направленных на улучшение условий для роста и развития культурных растений, повышение их патиентности, виолентности и биологической продуктивности.

Методов подготовки полевого участка к посеву много. Один из них — парование. Типичный пар — поле, свободное от возделываемых на нем культурных растений. Такой пар называется чистым. Он позволяет земледельцу выявить все недостатки поля, произвести «капитальный ремонт» почвы. Чистый пар в основном применяют как черный с осени, тотчас же после уборки с поля предшествующей культуры. Чистый (черный) пар имеет существенный недостаток. На пашне, не занятой растениями, могут развиваться процессы эрозии почв. Более экологичным считают занятой пар, когда полевой участок занят парозанимающей культурой (горох, вико-овсяная смесь и др.). На полевых участках, покрытых растительностью, процессы ветровой и водной эрозии выражены значительно слабее (Агеев).

Некоторые авторы дают высокую оценку минимальной и нулевой обработкам почв. При нулевой обработке в почве создаются более благоприятные условия для почвенной биоты. Растительные остатки, покрывающие поверхность почвы, снижают потери запасов влаги. Они обеспечивают редуцентов питательным материалом. Высвобождение минеральных веществ приобретает более стабильный характер, что благоприятно влияет на обеспечение растений элементами минерального питания.

В университете штата Джорджия (США) проводили сравнительную оценку агроэкосистем при обычной и нулевой обработках почв под сорго и сою в севообороте с рожью или клевером. В экосистемах-аналогах применяли одинаковые дозы одних и тех же удобрений. В варианте с нулевой обработкой почв использовали гербициды (в минимальной дозе, при которой сорняки не перерастали культурные растения). В первые четыре года урожай в двух вариантах опыта был одинаковым. Однако в варианте с нулевой обработкой почвенного покрова отмечены положительные изменения в агроэкосистеме. Улучшился водный режим почв. Сорняки в нижнем ярусе посева из конкурентов культурных растений превратились в полезных сочленов агробиоценоза.

Излагая основные принципы регуляции и оптимизации агробиогеоценозов, известный почвовед и эколог В. А. Ковда обращал внимание на необходимость повышения плодородия почв при помощи использования органических и минеральных удобрений. Одним из экологических способов повышения плодородия почв является сидерация — агротехнический прием запахивания выращенных растений, чаще всего бобовых. Установлено, что зеленые удобрения (сидераты) обогащают гумус органическими веществами, способствуют заселению почв полезной микрофлорой.

В повышении урожайности сельскохозяйственных культур большую роль играют регуляция и оптимизация водного режима почв. Для полевых культур (кроме риса) оптимальной считается величина 70—90 % относительной влажности (от полевой влаго- емкости). В период созревания урожая допускается влажность 60 %. Однако в летний период даже в лесной зоне часто отмечается дефицит влаги (40—60 % вместо 70—90 %). В степной зоне дефицит влаги наблюдается чаще и выражен сильнее. В условиях неорошаемого (богарного) земледелия обогащение почв влагой проводят задержанием стока снеговых и дождевых вод, увеличением влагоемкости почвенного покрова (глубокое безоборотное рыхление, оструктуривание почв), уменьшением поверхностного испарения (мульчирование, органические удобрения и т. д.). На черноземах целесообразно создавать экспериментальную оросительную систему с использованием автоматики и точных средств увлажнения почв до необходимой величины.

Проводят работы по максимализации уровня содержания диоксида углерода в приземном слое воздуха полей при помощи органических удобрений и отходов, увеличения запасов органических веществ и гумуса в почвах и активизации внутрипочвенных биологических процессов.

Работа по регуляции и оптимизации процессов, протекающих в агробиогеоценозах, требует от земледельца не только большого мастерства, но и умения «чувствовать пульс природы». В искусном управлении агробиогеоценозами немаловажное значение имеет использование народных примет, которые рассматривают как многовековой эмпирический опыт, накопленный людьми в результате наблюдений за процессами, происходящими в природе. Примеры передавались из поколения в поколение и широко использовались в сельском хозяйстве.

Проблема прогнозов в сельском хозяйстве так же стара, как и актуальна. Еще в древности люди знали, что прогнозировать можно на основе оценки состояния и поведения многих видов растений и животных. Наблюдения наших предков нашли научное подтверждение в исследованиях ботаников, зоологов, фенологов и экологов. В настоящее время насчитывают около 600 видов животных и 400 видов растений — биологических индикаторов изменений влажности и температуры, «предсказателей» бурь и штормов (Симаков). «Синоптиками» могут служить мухи, бабочки, пчелы, домашние животные и т. д. Перед дождем пчелы перестают летать за нектаром. Подмечено, что, если перелетные птицы летят стаями, весна будет дружной, куры начинают линять рано осенью — к теплой зиме. Если береза листья распустит раньше, чем ольха, лето будет сухим и, наоборот, если ольха распустится раньше, чем береза, лето будет дождливым. О мокром лете свидетельствует обилие сока, вытекающего из надрезов коры березы. Обильный урожай рябины сулит холодную зиму. Многовековой опыт научил земледельцев использовать биологические индикаторы для определения сроков проведения сельскохозяйственных работ: «появились подснежники — начинай пахоту», «зацвела осина — сей морковь», «появились дубовые листья — пора сеять горох», «зацвела рябина — сей лен».

Сельскохозяйственные работы надо проводить не по астрономическому календарю, а по фенологическому, реально отражающему сезонные явления в той или иной местности. Так, в средней зоне России весна обычно начинается не 1 марта, а позже. Характерный индикатор начала весны — прилет грачей — приходится здесь в среднем на 19 марта. Календарные сроки этой фенодаты могут наступать раньше (с начала марта) или позднее (до 31 марта). Считают, что биологические индикаторы более чувствительны, чем технические устройства, предназначенные для этой цели. Прогноз, основанный на биологической индикации, нередко более точен, чем по данным метеорологических станций, который учитывать также необходимо.

Умелая регуляция и оптимизация процессов, протекающих в агробиогеоценозах и их составных компонентах, — необходимые условия получения высоких урожаев сельскохозяйственных культур и улучшения качества продуктов растениеводства. 3.4.7.

<< | >>
Источник: Н. А. Уразаев, А. А. Вакулин, А. В. Никитин и др.. Сельскохозяйственная экология— М.: Колос. — 304 с.; ил. — (Учебники и учеб. пособия для студентов высших учебных заведений).. 2000

Еще по теме ОСНОВНЫЕ ПРИНЦИПЫ РЕГУЛЯЦИИ И ОПТИМИЗАЦИИ АГРОБИОГЕОЦЕНОЗОВ:

  1. СЕЛЬСКОХОЗЯЙСТВЕННЫЕ ЭКОСИСТЕМЫ
  2. ОСНОВНЫЕ ПРИНЦИПЫ РЕГУЛЯЦИИ И ОПТИМИЗАЦИИ АГРОБИОГЕОЦЕНОЗОВ