Просторова структура агроекосистем. 1 page

ний вплив на формування біотичних особливостей штучної системи. Культурні види вирощують переважно як одновидові популяції. За­лежно від умов вирощування, періоду онтогенетичного розвитку та морфолого-фізіологічних особливостей культури її едифікаторна роль різна Найсильніші едифікаторні властивості мають багаторіч­ні трави За ступенем ослаблення цих властивостей однорічні куль­тури утворюють такий ряд типів агроекосистем: озимі, ярі колосові, зернобобові, ярі просапні, баштанні, овочеві тощо.

Під типом агроекосистеми слід розуміти сукупність окремих агроекосистем, однорідних за компонентним складом середовища та їх динамікою. Як і будь-які безживні системи вони мають багатосту­пінчасту ієрархічно зумовлену організацію. Сільськогосподарські екосистеми нижчого рівня входять до складу системних утворів ви­щого рангу і підпорядковані їм.

Найвищою ієрархічною одиницею агроекосистемного рівня є агросфера. До системного складу входять одиниці нижчих рівнів — аграрні ландшафти, які, в свою чергу, є сукупністю польових, пасо­вищних, фермських екосистем.

Агроекосистеми на відмінну від природних екосистем формують для отримання максимально можливої кількості продукції, яка слу­гує першоджерелом харчових, кормових, лікарських і сировинних ресурсів, тобто функції агроекосистем в основному обмежуються по­стачанням засобів життя.

У цьому головна причина кількісної переваги ресурсоємних і природоруйнівних типів агроекосистем.

У сучасних агроекосистемах матеріально-енергетичні, еконо­мічні й екологічні процеси виробництва біологічної продукції зна­ходяться у складних взаємозв'язках. При цьому забезпечується відтворення природного ресурсного потенціалу та ефективне ви­користання антропогенних субсидій енергії. Науково обгрунтована організація агроекосистем передбачає створення раціональної природної і природно-господарської інфраструктури (шляхи, лісові насадження, сільськогосподарські угіддя, канали та ін.), адекватні особливостям місцевого ландшафту і господарському використан­ню території загалом. Організація агроекосистем має бути набли­женою до контурів природних комплексів, що досягається оптимі-зацією агроландшафту. Проте це тільки видима частина екологіч­но обгрунтованої агроекосистеми, значно складніші внутрішні процеси масо- й енергообміну, які підтримують ландшафтно-екологічну рівновагу.

В аграрних ландшафтах людина створила природно-техноло­гічні системи для вирощування рослин (теплиці, оранжереї, парня-ки), тварин (корівники, свинарники, конюшні, вівчарні), птиці (пта­хофабрики), корисних комах (пасіки) тощо.

Теплиці й оранжереї, тваринницькі ферми і комплекси, вулики й акваріуми — це природно-технологічні системи, які функціонують за принципом штучних екосистем. Аналогічно створено космічні апарати для проживання в космосі.

Агросфера — продукт сільськогосподарської діяльності люди­ни — головний компонент антропогеоценозів.

Першу ґрунтовну характеристику антропогеогеоценозів запропо­нував В.П. Алексєєв.

Антропогеоценоз — система, об'єктами якої є люди, людські по­селення й довколишня жива і нежива природа. Антропогеоценоз не обмежується населеним пунктом. Він може поширюватись на всю територію, яку експлуатує населення, на весь простір, що є об'єктом господарської діяльності людини.

Сільськогосподарська екологія знаходиться в стадії розвитку, то­му єдиного загальноприйнятого визначення поняття агроекосисте­ми немає.

М.А. Уразаєв та ін. пропонують такі екологічні терміни для ви­значення сільськогосподарських екосистем:

♦ агросфера — глобальна екосистема, що об'єднує територію зем­ної поверхні, перетворена сільськогосподарською діяльністю люди­ни;

♦ аграрний ландшафт — екосистема, сформована в результаті сільськогосподарського перетворення ландшафту (степового, пусте­льного, тайгового тощо);

♦ сільськогосподарська екологічна система (сільськогосподарська екосистема) — екосистема на рівні господарства;

агроекосистема — поле, сад, теплиця, оранжерея;

♦ пасовищна агроекосистема — природне чи культурне пасови­ще;

фермова екосистема — корівник, свинарник, конюшня, тва­ринницький комплекс, зоопарк, віварій тощо.

Незважаючи на велику різноманітність, сільськогосподарські екосистеми різних рівнів і ієрархій мають багато спільного.

6. Екологічні чинники агроекосистем.

Сучасну класифікацію екологічних чинників запропонував М.Ф. Реймерс. В її основу покладено принципи обліку особливостей екологічних чинників за їх походженням, характером дії на живі системи, іншими ознаками. За часом виникнення екологічні чин­ники поділяють на три групи: еволюційні, історичні і діючі.

Еволюційний чинник — це чинник середовища, що впливає на організми, популяції, біоценози, екологічні системи, в тім числі й на біосферу. Він існує з часу виникнення рослинних і тваринних орга­нізмів та озонового шару.

Історичний чинник, як і еволюційний, є постійно діючим еколо­гічним чинником. На відміну від еволюційного він є результатом історичного розвитку людства, його господарської діяльності. На­приклад, поля, сади, культурні пасовища, тваринницькі ферми і комплекси, інші антропогенні компоненти аграрних ландшафтів — екологічні чинники, пов'язані з сільськогосподарською діяльністю людей.

Діючий чинник — це сучасний екологічний чинник. Таким є ме­ліорація земель, що забезпечує розвиток високопродуктивного рос­линництва, тваринництва інших галузей. Екологічні чинники по­діляють на періодичні і неперіодичні.

Періодичні чинники є циклічно змінними. Це, наприклад, періоди­чні зміни умов середовища зі зміною пір року. До періодичних змін організм адаптується. Суворий облік циклічних змін екологічних чин­ників при веденні сільського господарства вкрай потрібний. Відповідно до пори року сіють сільськогосподарські культури, збирають урожай, організовують пасовищне і стійлове утримання тварин тощо.

Неперіодичні чинники середовища виникають раптово, напри­клад дощ, град. буря. Однією з гострих проблем сільського господар­ства є розробка надійних методів запобігання і захисту від дії не­сприятливих неперіодичних чинників (заморозків у період цвітіння рослин, засухи чи затоплення посівів тощо), що унеможливлює отримання високих врожаїв сільськогосподарських культур, підви­щення продуктивності тварин.

За черговістю виникнення екологічні чинники поділяють на пер­винні і вторинні. Первинні є вихідними, вторинні — їхніми наслід­ками. Так, формування степових, лісостепових, поліських біоценозів зумовлене особливостями кліматичних умов того чи іншого регіону України. Клімат, у свою чергу, залежить від кількості сонячної ра­діації, форми Землі, швидкості її обертання навколо власної осі і навколо Сонця.

За походженням розрізняють чинники космічні, абіотичні, біотич­ні, безживні, антропогенні, антропічні і прнродно-антропогенні.

Космічні чинники мають космічне походження. До них належать потік космічного пилу, космічні поля, промені Сонця та ін. Дуже важливим для функціонування агроекосистем є такий чинник, як сонячна радіація, що слугує джерелом енергії, яку рослини викори­стовують у процесі фотосинтезу. Рослинництво можна розглядати як систему заходів щодо інтенсифікації фотосинтезу культурних рос­лин.

Абіотичні чинники — це чинники неживої природи. В наземних екосистемах такими є: кліматичні — світло, тепло, повітря (його склад і рух), волога (в тім числі опади в різних формах, вологість повітря і ґрунту та ін.); едафічні (Ґрунтові) — гранулометричний і хімічний склад ґрунтів, їх фізичні властивості; орографічні — умови рельєфу. На водяні організми впливає комплекс гідрологічних чин­ників (гідрофізичні, гідрохімічні). Абіотичні чинники можуть спра­вляти на організм пряму і побічну дію. Наприклад, температура середовища, що діє на організми рослин або тварин безпосередньо, визначає їх тепловий баланс, перебіг у них фізіологічних процесів. Разом з тим температура як абіотичний чинник може здійснювати на них і космічний вплив.

Біотичний чинник — сукупність впливів життєдіяльності одних організмів на < життєдіяльність інших, а також на безживне середо­вище їх існування. Кожен організм постійно піддається прямому або побічному впливу інших істот, вступає в зв'язок з представниками свого та інших видів — рослинами, тваринами, мікроорганізмами, залежить від них і сам на них діє. На основі цього і виділяють біо­тичні чинники.

Фітогенні чинники — це вплив рослин (як прямий, так і побіч­ний) на середовище. Прямим впливом є механічні контакти, симбі­оз, паразитизм, оселення епіфітів тощо. Наприклад, в агроценозах повитиця польова паразитує на конюшині, люцерні, виці та інших рослинах.

За механічного контакту, симбіозу рослини впливають одна на одні, виділяють різні фізіологічно активні речовини (вітаміни, ан­тибіотики, ферменти, фітонциди, глюкозиди та ін.), які здатні сти­мулювати або пригнічувати ріст інших рослин. Побічним впливом можуть бути сприятливі і несприятливі для даного виду зміни та­ких екологічних чинників, як світло, волога, ґрунтове живлення. Наприклад, більшість бур'янів в агроекоснстемах несприятливо впливають на ґрунт, де ростуть культурні рослини. Так, пирій пов­зучий виділяє агропірен, якій пригнічує не тільки ріст культурних рослин, а й проростання їх насіння. З іншого боку, вмілим викорис­танням фітонцидних властивостей культур можна домогтися під­вищення не тільки врожаю, а й якості продукції, обійтися без пес­тицидів (люцерна рятує картоплю від фузаріозного в'янення та раку кріп серед огірків збільшує тривалість їх плодоношення, корисне сусідство яблуні і малини — при цьому малина менше пошкоджу­ється сірою гниллю, а яблуня — паршею).

Зоогенні чинники — це вплив тварин (поїдання, витоптування, інші механічні впливи, запилення, поширення насіння тощо) на середовище. їх можна використовувати для біологічного захисту рослин. Наприклад, відомого яйцепаразита трихограму застосову­ють для боротьби з капустяною, озимою та іншими совками, кукуру­дзяним метеликом, гороховою плодожеркою; таких ентомофагів, як інтродуковані хижі комахи подізус і перилюс — проти яйцевідкла-дань і личинок колорадського жука на картоплі і баклажанах.

Мікробогєнні чинники — це вплив мікроорганізмів і грибів (на­приклад, паразитизм) на середовище. Мікроорганізми (бактерії і гриби) впливають на ризосферу й патогенні організми. Зміна мікробонаселення ризосфери відбивається на живленні рослин, на їх стійкості до бактеріальних або інфекційних уражень. Одна вища рослина може бути проміжним хазяїном патогенного мікроорганіз­му, який спричинює захворювання іншої рослини. Наприклад, де­які види молочаїв є проміжним хазяїном іржі гороху (в суїдіальній стадії), тому наявність у посівах гороху молочаю небезпечна.

Антропогенні чинники відбивають вплив діяльності людини на навколишнє середовище. З їх дією пов'язане знищення продуктів еволюції — багатьох видів рослин і тварин, дуже складних систем їх сумісного існування — біоценозів. Руйнування конкретних екосис­тем найчастіше зумовлене безпосереднім впливом на них (пожежі, різкі зміни ґрунтового покрову і водного режиму, забруднення різ­ними техногенними речовинами); змінами, пов'язаними з постій­ним вилученням фіто- і зоомаси, особливо в агроекосистемах, без компенсації їх утрат; антроподинамічними змінами; докорінними перетвореннями природних екосистем на агроекосистеми.

За характером дії екологічні чинники поділяють на інформацій­ні, речовино-енергетичні, фізичні, хімічні і комплексні.

Під інформаційними чинниками розуміють зовнішні сигнали, які діють на організми набагато сильніше, ніж потік речовини та енергії, що переноситься. Деяка життєво важлива для рослин і тварин інформація надходить без будь-яких затрат енергії (наприклад, інформація про періодичні зміни тривалості дня і ночі).

На відміну від інформаційних, речовино-енергетичні чинники характеризуються більш чи менш вираженою відповідністю масштабів перенесення речовини й енергії та ступеня вираженості від­повідної реакції об'єкта дії (організму, популяції, біоценозу).

Серед фізичних чинників найбільше значення мають геофізичні і термічні, серед хімічних — засоленість і кислотність серед ком­плексних - кліматичний, географічний, системотворний.

За умовами дії екологічні чинники поділяють на залежні і не за­лежні від щільності популяцій. Переущільнення популяцій призво­дить до посилення конкуренції, рослини і тварини можуть негатив­но впливати одні на одних. Встановлено, що під дією конкурентів ріст особини (рослини чи тварини) гальмується або навіть припиня­ється. Конкуренція може стати причиною загибелі рослин і тварин.

Відомо, що на життя рослин і тварин постійно впливає навко­лишнє середовище. Воно діє на стан популяцій, біоценозів та інших систем і складається з великої кількості різноманітних компонентів (елементів). Завданням екології (в тім числі агроекології) є вивчен­ня впливу чинників середовища на організми рослин і тварин, на популяції і біоценози.

Екологічні чинники — це елементи (компоненти), процеси (яви­ща) зовнішнього середовища, які впливають на біологічну систему (організм, популяцію, біоценоз). Вони діють на організм не ізольо­вано, а сумісно, поєднані один з одним. Проте розгляд кожного з них зокрема не тільки правомірний, а й потрібний, оскільки дає змогу краще зрозуміти роль кожного окремого компонента в житті видів чи сільськогосподарських культур, що є необхідною передумо­вою вивчення впливу всього комплексу кліматичних чинників за­галом.

Екологічні чинники численні і різноманітні. Вони різняться за характером впливу на біологічні системи (організми, популяції, біо­ценоз), іншими ознаками. Потенціальна необмеженість численності і різноманітності потребує упорядкування цих чинників.

До екологічних чинників, які не залежать від щільності популя­ції, належать сила гравітації, атмосферний тиск, інші компоненти середовища.

За об'єктом впливу екологічні чинники поділяють на індивідуа­льні, групові, отологічні, соціально-психологічні, соціально-еконо­мічні, видові (в тім числі життя людини та суспільства). Індивідуа­льні чинники діють на індивідуум (особину), групові — на групу ро­слин або тварин (популяцію, біоценоз), отологічні — відбивають характер дії на організм певних реакцій тварин, наприклад са­мок на самців, самок на дітей; соціальні — вплив суспільства на людину і лише частково — на свійських тварин, комах, наприклад бджіл; соціально-психологічні, соціально-економічні чинники — екологічні взаємовідносини в людському суспільстві.

За ступенем впливу на біосистеми екологічні чинники поділяють на екстремальні, непокійливі, мутагенні, тератогенні, летальні, лі­мітуючі. Під екстремальними розуміють чинники середовища, що створюють несприятливі умови для росту, розвитку і розмноження рослин і тварин. Непокійливі чинники безпосереднього фізико-хімічтюго впливу на організм не здійснюють, проте вони не є індиферентними, оскільки під їх дією стан організму змінюється. На-

приклад, сильний шум на фермі непокоїть тварин,знижується продуктивність лактуючих тварин, кури можуть захворіти (шумова істерика).

Мутаційні чинники середовища спричинюють мутації, терато генні - тератогенез, летальні - зумовлюють загибель тварин і рослин, лімітуючі - обмежують розмноження і поширення організмів.

Обмежувальний вплив мають найрізноманітніші екологічні чинники - нестача або надлишок елементів живлення, води, тепла, тощо.

Лімітуючий чинник може бути і в дефіциті (нижче від критично­го рівня), і в надлишку (вище від межі витривалості організму).

Діапазон між мінімумом і максимумом екологічного чинника відповідає межі витривалості (толерантності). Закономірності, пов’язані з витривалістю видів, залежно від ступеня вираженого екопогічного впливу були встановлені В. Шелфордом і дістали на­зву закону толерантності. Межі толерантності виду можуть зву­жуватися або, навпаки, розширюватися залежно від стану популя­цій циклів їх розвитку, зміни умов середовища. Звуження меж то­лерантності відмічається в період розмноження організмів, коли до впливу екологічних чинників стають дуже чутливими особини, що розмножуються, насіння рослин, яйця птиці, ембріони тварин. Вони звужуються також при погіршенні умов життєзабезпечення виду. Так, за дефіциту азоту в ґрунті, що спричинює погіршення азотного живлення рослин, знижується засухостійкість злаків. Мінімум, оп­тимум чи максимум екологічних чинників багато в чому визначає умови розмноження і поширення рослин і тварин, їх процвітання або, навпаки, вимирання. Проте зворотні реакції організмів зале­жать не тільки від інтенсивності екологічних чинників, а й від ста­ну самих організмів, їх екологічної валентності.

Екологічна валентність виду характеризує здатність організму існувати в різних умовах середовища, заселяти ділянки з більш чи менш вираженими коливаннями інтенсивності екологічних чинни­ків. Одні біологічні види мають велику екологічну валентність, інші — малу. Знання лімітуючих чинників, закону толерантності, екологічної валентності видів мають важливе зна­чення для вирішення багатьох питань агроекології, зокрема для боротьби зі шкідниками сільськогосподарських культур. Так, змі­нюючи вологість ґрунту, можна боротися з жуком-шовкуном. Осу­шення заболочених пасовищ — надійний метод боротьби з фасціольозом — захворюванням сільськогосподарських тварин. Отже, еко­логічна валентність — це діапазон адаптивності (толерантності, пристосованості) виду до тих чи інших умов середовища, здатність виду заселяти середовище з різними екологічними умовами. Види з низькою екологічною валентністю здатні витримувати обмежені ва­ріації екологічних чинників. Це так звані стенобіонти. Види з ви­сокою екологічною валентністю займають різні екотипи або місця з дуже мінливими умовами. Це так звані еврибіонти, тобто організ­ми, здатні жити в різних умовах навколишнього середовища або при значних їх змінах. їм властиві широкі ареали.

Тема 1.3. Охорона ґрунтового покриву

(частина 1)

1.Негативні наслідки вітрової та водної ерозії

2. Основні принципи системи протиерозійних заходів

3. Іригаційна ерозія ґрунту і заходи щодо її запобігання

4. Прийоми меліоративного поліпшення солонцевих ґрунтів

5. Переущільнення ґрунтів і заходи щодо його зменшення

6. Рекультивація земель

1. Негативні наслідки вітрової та водної ерозії

Ерозія – латинське слово, що означає „роз'їдання”. Під ерозією ґрунту, за визначенням академіка Л. І. Прасолова, розуміються „різноманітні й широко поширені явища руйнування і знесення ґрунту й пухких порід потоками води та вітру”.

Залежно від фактора, що викликає руйнування ґрунту, розрізняють водну і вітрову ерозію. Водна ерозія виникає внаслідок стікання зливових і талих вод, а вітрова – під впливом вітру.

Водна ерозія – це сукупність процесів руйнування ґрунту, формування наносів під впливом води і деградації ландшафту. З факторів, що викликають ерозію ґрунту, виділяють природні, сільськогосподарські й ландшафтні. Серед природних факторів розрізняють поверхневий, струмковий і підґрунтові змиви ґрунту. Поверхневе змивання досягає 15 т/га і більше, струмкове викликає утворення канав глибиною 15 см і завширшки 55 см. До сільськогосподарських та ландшафтних факторів належать розміщення робочих ділянок і культур по класах схилів, впорядкування польових доріг.

При вітровій ерозії відбувається одночасно три процеси: винесення, перенесення і відкладання еолового матеріалу. Одночасно з винесенням дрібних часток і гумусу при ерозії ґрунти збіднюються всіма елементами живлення. Втрати азоту і фосфору в орному шарі супіщаних ґрунтів досягають 18 %, калію – 8 %, в еолових наносах на цих ґрунтах – відповідно 4,4 та 22 %.

При знесенні ґрунту однакової потужності з різних ґрунтів абсолютні втрати гумусу і елементів живлення тим більші, чим родючіші ґрунти.

В Україні водній ерозії піддається 29 % ріллі.

Південні області з площею сільськогосподарських угідь 10 млн. га страждають від пилових бур.

У різних країнах світу ерозією зруйновано близько 430 млн. га земельних угідь, з них вітровою – близько 60 млн. га ріллі, водною – 92,3 млн. га. На слабозмитих ґрунтах урожайність сільськогосподарських культур знижується на 10 – 30 %, на середньозмитих – майже на 50 %. Яри, що утворилися, руйнують сільськогосподарські угіддя, розрізають поля на малі складноконтурні ділянки. Водойми заносяться ерозійним дрібноземом. Яри дренують водоносні горизонти, що призводить до висушування великих площ, погіршує ріст і розвиток рослинного покриву.

В Австралії понад 80 % ріллі зазнає ерозії. Під час дощових злив змив ґрунту досягає 100 т/га. У практиці фермерів прийнято вважати, що втрата 7 кг ґрунту внаслідок ерозії дорівнює втратам 680 г хліба.

На думку вчених Канади, внаслідок розвитку вітрової і водної ерозії через 50 – 100 років деякі ґрунти перетворяться на безплідну пустелю, тому що в багатьох регіонах країни щороку втрати ґрунту досягають або перевищують допустимий рівень. Щороку втрати ґрунту від ерозії ріллі досягають 9 т/га, загальний їх об'єм від вітрової ерозії – 160 млн. т ґрунту, від водної – близько 117 млн. т.

Інтенсивність вітрової ерозії залежить від культур, що вирощують, особливостей агротехніки. За ступенем прояву ерозії у посівах культури розміщуються в такій послідовності: кукурудза, овочеві, табак, соя, озима пшениця, ярі зернові.

Основною причиною посилення процесів вітрової ерозії ґрунтів є руйнування, розпилення їх структури внаслідок втрат значної кількості органічної речовини.

Появу водної ерозії сприяють великі розміри полів, введення чистих парів, використання потужної сільськогосподарської техніки.

У глобальних масштабах основними причинами ерозії є знищення рослинності, розорювання земель на великих площах без застосування ґрунтозахисних сівозмін, інтенсивне випасання худоби.

Отже, не можна розглядати ґрунт як невичерпний дар природи. Його родючість у природних умовах створювалася тисячоліттями. Наприклад, встановлено, що для природного відновлення 1 см зруйнованого гумусного шару ґрунту необхідно 300 – 600 років.

Відомо, що після сильної посухи та пилових бур 1892 р. багато з прогресивних діячів Росії звернулися із закликом розпочати збір грошей для рятування родючих земель. В.В. Докучаєв сказав, що „Росію п'ятаками не врятуєш”, організував експедицію для здійснення практичних заходів створення еталону раціонального землекористування.

Пізніше серйозну увагу цим питанням приділяли багато дослідників, виробничників і суспільних діячів, що дало можливість сформувати основні принципи захисту ґрунтів від вітрової та водної ерозії.

2. Основні принципи системи протиерозійних заходів

Ще наприкінці минулого століття в південних районах Росії багато селян застосовували ряд простих прийомів ґрунтозахисної і вологозахисної агротехніки. Незабаром по цьому шляху почало вдосконалюватися землеробство в США. У 1895 р. була надрукована робота американського фермера Г. Кембела про мульчуючий обробіток чорного пару (глибокий обробіток і розпушення поверхневого шару ґрунту із збереженням на поверхні сухих грудочок як мульчі). Ця технологія в США одержала назву системи сухого землеробства. До неї була прикута увага землеробів багатьох країн світу.