«Сельскохозяйственная экология. Под ред. Н.А. Уразаева»

Сельскохозяйственная экология. Под ред. Н.А. Уразаева (fb2) - Сельскохозяйственная экология. Под ред. Н.А. Уразаева 1764K скачать: (fb2) - (epub) - (mobi) - Коллектив авторов

_I dll_

УЧЕБНИКИ И УЧЕБНЫЕ ПОСОБИЯ ДЛЯ СТУДЕНТОВ ВЫСШИХ УЧЕБНЫХ ЗАВЕДЕНИЙ

СЕЛЬСКОХОЗЯЙСТВЕННАЯ

экология

Под редакцией доктора ветеринарных наук, профессора Н. А. Уразаева

2-е издание, переработанное и дополненное

Допущено Министерством сельского хозяйства и продовольствия Российской Федерации в качестве учебного пособия для студентов высших учебных заведений по агрономическим и зооветеринарным специальностям

МОСКВА «КОЛОС» 2000

УДК 631.95(075.8) ББК40.3я73 С29

Авторы: Н.А. Уразаев, доктор ветеринарных наук, профессор; А. А. Бакулин, доктор сельскохозяйственных наук, профессор; А. В. Никитин, кандидат ветеринарных наук; Д. Н. Уразаев, кандидат ветеринарных наук;

Н. С. Чухлебова, кандидат сельскохозяйственных наук

Рецензенты: доктор сельскохозяйственных наук, профессор, академик РАСХН А. М. Гаврилов (Волгоградская ГСХА), доктор ветеринарных наук В. П. Толоконников (Ставропольский государственный университет)

Редактор А. С. Максимова

Сельскохозяйственная экология / Н. А. Уразаев, А. А. Ва-С29 кулин, А. В. Никитин и др. — М.: Колос, 2000. — 304 с.; ил. — (Учебники и учеб, пособия для студентов высших учебных заведений).

ISBN 5-10-003587-0.

Второе издание учебного пособия (первое вышло в 1996 г.) обновлено и переработано с учетом современных достижений сельскохозяйственной экологии. Книга дополнена новыми главами, одна из которых посвящена производству экологически чистой продукции растениеводства и животноводства.

Для студентов вузов по агрономическим и зооветеринарным специальностям.

УДК 631.95(07^.8) ББК 40.3я73

ISBN 5-10-003587-0

© Коллектив авторов, 1996 © Издательство «Колос» с изменениями, 2000

ПРЕДИСЛОВИЕ

Экология как наука с ее целями и задачами сформировалась сравнительно недавно, хотя ее истоки уходят в древность. Она имеет длительную историю, но, несмотря на это, еще не сложилось единого мнения о ее содержании. Многие ученые утверждают, что экология — наука, другие считают, что это не столько наука, сколько мировоззрение. Очевидно, в этом есть доля истины — мировоззренческий аспект в экологии, несомненно, присутствует.

Возникновение и развитие сельскохозяйственной экологии связаны с эволюцией сельского хозяйства, освоением земель. Собирательство и охота, животноводство и земледелие обозначили важные этапы развития человеческого общества и вызвали необходимость использования человеком экологических знаний. Первобытные охотники уже владели элементами экологии. Применяя экологические знания, первобытный человек более успешно охотился на зверей, добывая мясо животных и птиц, а также шкуры и перья.

Свыше десяти тысячелетий человек занимается сельским хозяйством. В сельскохозяйственное производство вовлечена значительная часть территории земного шара. Только под пашней занято около 14 % суши. Огромные территории, главным образом в аридных зонах, используют для выпаса сельскохозяйственных животных. В аграрных ландшафтах немалые площади отведены под строительство скотных дворов, животноводческих ферм и комплексов, летних лагерей для содержания крупного рогатого скота и других видов животных.

Сельскохозяйственные экосистемы — это не только продукт Природы, но и объект человеческого труда. В них человеку отводится двоякая роль. Как биологический вид он является компонентом Экосистемы (биогеоценоза), а его сельскохозяйственная деятельность — экологическим (биогеоценотическим) фактором, оказывающим сильное влияние на природу.

История развития сельского хозяйства характеризуется главным образом стремлением получить как можно более высокие Урожай культивируемых растений и продуктивность сельскохозяйственных животных. На смену малоурожайным сортам и малопродуктивным породам пришли новые, более продуктивные. В

ходе искусственного отбора и селекции выведены сорта растений с максимальной долей полезной для человека продукции (зерна, плодов, клубней и т. д.).

Селекция значительно повлияла и на структуру, и на функции организма сельскохозяйственных животных. Широкое распространение получили коровы молочных пород с сильно развитым выменем, куры, интенсивно несущие яйца, свиньи, обладающие высокой скороспелостью, и т. д. В процессе селекции созданы породы животных, представляющие собой «живые фабрики» по производству молока, яиц, мяса и другой животноводческой продукции. Однако платой за высокую продуктивность растениеводства и животноводства стала потеря культурными растениями и животными их защитных свойств, способности противостоять воздействию неблагоприятных факторов среды, разным болезням.

Культурные сорта растений и породы животных по сравнению со своими дикими предками и сородичами оказались более восприимчивы к заболеваниям. В аграрных ландшафтах все чаще вспыхивали массовые болезни культурных растений (эпифитотии) и сельскохозяйственных животных (эпизоотии). Возникла необходимость создания специализированных служб защиты растений и охраны животных от заболеваний. На охрану культурных растений и пород животных человечество затрачивает все больше средств и энергии.

Интенсификация растениеводства и животноводства сопровождается увеличением расхода энергии топливных материалов (дополнительных энергетических субсидий, дотаций). Дополнительную энергию используют для обработки почв, посевов сельскохозяйственных культур, уборки урожая, строительства животноводческих ферм и комплексов, производства минеральных удобрений, пестицидов и т. д. Цивилизация породила такие негативные явления, как деградация почв, загрязнение среды, появление ряда новых болезней растений, животных и людей. Возникла необходимость экологизации сельского хозяйства.

Сельскохозяйственная экология — наука о факторах внешней среды, их влиянии на организмы культивируемых растений и животных, о природных комплексах, преобразованных деятельностью человека для производства экологически чистой продукции растениеводства и животноводства.

Развитие сельскохозяйственной экологии проходило неравномерно. В первой половине текущего столетия были достигнуты большие успехи в изучении влияния условий среды на рост и развитие культурных растений, урожайность сельскохозяйственных культур. В середине столетия в общей и, в частности, в сельскохозяйственной экологии стали преобладать системные исследования. Появились фундаментальные работы по изучению аграрных ландшафтов, агробиогеоценозов, пастбищных и ферменных биогеоценозов.

Отрывочные данные, отражающие те или иные аспекты сельскохозяйственной экологии, разбросаны в самых разных литературных источниках. Авторы данного учебного пособия сделали попытку обобщить имеющиеся сведения с учетом достижений современной науки.

В пособии главы и разделы написали: проф. Н. А. Уразаев — «Предисловие», главы 1, 4, 8, «Термины и понятия, употребляемые в сельскохозяйственной экологии» (все совместно с проф. А. А. Бакулиным), глава 2 (2.5 совместно с проф. А. А. Бакулиным), глава 3 (3.4 совместно с проф. А. А. Бакулиным, 3.5 совместно с доц. А. В. Никитиным)-, глава 5 (совместно с проф. А. А. Бакулиным, доц. А. В. Никитиным, доц. Н. С. Чухлебовой); проф. А. А. Бакулин — глава 6; старший научный сотрудник Д. Н. Уразаев — глава 7; доц. А. В. Никитин — подраздел 3.6.

Глава 1 ЭКОЛОГИЯ КАК НАУКА

1.1. ВОЗНИКНОВЕНИЕ И РАЗВИТИЕ ЭКОЛОГИИ

Термин «экология» происходит от двух греческих слов: oikos — дом, жилище, убежище и logos — наука, учение. Экология как наука имеет много определений. Первое, классическое определение, данное Э. Геккелем, звучит просто — «животное у себя дома». Под экологией он подразумевал науку о взаимоотношениях между организмом животного и средой обитания. Среда обитания — это окружающая живая и неживая природа, т. е. растения, животные, микроорганизмы, воздух, вода, почва и т. д. Экология животных оказала влияние на мировоззрение не только зоологов, но и ботаников. В конце прошлого века сформировалась экология растений — наука о взаимоотношениях растительного организма со средой обитания. Экологии животных и экологии растений присущ ряд общих закономерностей. Поэтому возникла единая наука — экология организмов (или кратко — экология).

Объекты изучения экологии как науки многообразны и сложны. Экология изучает влияние компонентов (элементов) среды на организмы. Компонент среды, влияющий на организм растений и (или) животных, получил название экологического фактора (био-геоценотического фактора, или фактора биогеоценоза). Экологические факторы — это свет, температура, вода или любой другой компонент окружающей среды. Раздел экологии, изучающий влияние факторов среды на организмы, называют факториальной экологией.

По мере накопления новых фактов и знаний понятие экологии как науки стало расширяться. Было установлено, что среда, окружающая животное и (или) растение, — это совокупность иерархически связанных надорганизменных систем: популяций, биоценозов, биогеоценозов, биосферы.

Популяция — это группировка организмов определенного вида, управляемая строгими экологическими законами. Примеры популяций: лютики, заселяющие луг; растения пшеницы, растущие в поле; стая волков, живущих в лесу; стадо крупного рогатого скота. Популяция растений в составе одного растительного сообщества называется ценопопуляцией. В 20-е годы нашего столетия была создана концепция о популяции как элементарной эволюционирующей единице. Сторонники синтетической теории эволюции за элементарную единицу эволюционного процесса принимает не особь, а популяцию. Популяция — форма длительного существования вида. Приспособительные возможности популяции неизмеримо больше возможностей отдельных ее членов. Популяции Присущи свойства саморегуляции и гомеостаза. Популяции культурных растений и сельскохозяйственных животных — не только продукт природы, но и объект человеческого труда. Изобретательность людей в кратковременных или стойких преобразованиях по-т^уляций растений и животных необычайна. Влияя на популяции, человек стремится повысить продуктивность и воспроизводительную способность растений и животных, предохранить их от заболеваний. В то же время воздействия человека без учета экологических законов могут иметь негативные последствия — стать причиной снижения продуктивности растений и животных, их заболеваемости и гибели. Популяции растений и животных формируют биологические виды. Общее число видов растений и животных на Земле, по различным оценкам, колеблется от 1,5 до 5 млрд. Раздел экологии, Изучающий популяции растений и животных, получил название популяционной экологии.

■' Разные виды растений, как и животных, живут не изолированно, йни взаимосвязаны друг с другом. Растения формируют растительные сообщества — фитоценозы. Сообщества взаимосвязанных животных называют зооценозами. Фитоценозы и зооценозы тесно связаны между собой. Жизнь растений и животных взаимообусловлена. Животные не могут существовать без растений. Растения обеспечивают животных пищей и кислородом. Существование растений без животных также невозможно. Поедая растительную массу, животные возвращают в геохимический цикл С02, воду и минеральные соли, служащие продуктами питания для растений. Взаимосвязь и взаимообусловленность фитоценозов и зооценозов лежат в основе формирования сообществ растений и животных, Именуемых биоценозами. Примеры биоценозов: сообщество организмов, населяющих лес, — лесной биоценоз; совокупность организмов, населяющих озеро, — озерный биоценоз.

Термин «биоценоз» был предложен в 18 77 г. Мебиусом. Под биоценозом он понимал «объединение живых организмов, соответствующее по своему составу, числу видов и особей некоторым условиям среды; объединение, в котором организмы связаны взаимной Зависимостью и сохраняются благодаря размножению в определенных местах... Если бы одно из условий отклонилось на некоторое Время от обычной средней величины, изменился бы весь биоценоз. Биоценоз также претерпел бы изменения, если бы число особей данного вида увеличивалось или уменьшалось благодаря деятельности человека, или же один вид полностью исчез из сообщества, Или наконец в его состав вошел новый».

Взаимодействие различных видов в сообществе проявляется в форме комменсализма, протокооперации, мутуализма, хищничества, паразитизма. Различают биоценозы большие и малые. Сообщества, занимающие обширные территории, например тайга, называют биомами. Биомы, как правило, неоднородны. Они содержат локальные биоценозы — леса, лесные полосы, луга и т. д. Существуют сообщества еще меньшего размера: биоценоз ствола мертвого дерева, разлагающегося трупа животного и т. д. В животных и растительных организмах формируются сообщества, сочленами которых могут быть бактерии, простейшие, грибы, гельминты, использующие хозяина как место обитания и как источник пищи. Биоценозы низшего порядка хотя и ограничены пространственно, сохраняют свою индивидуальность, однако их автономия относительна. Обычно их рассматривают как часть биоценоза большего размера. Раздел экологии, изучающий биоценозы, получил название биоценологии.

Выделяя биоценоз в самостоятельный объект исследования, не следует забывать об условности такого вычленения части из природного целого, так как сообщество растений и животных без окружающей среды, т. е. неживой природы, существовать не может. Биоценоз со средой своего обитания формирует природный комплекс — биогеоценоз (БГЦ). Примеры биогеоценозов: лес — лесной биогеоценоз, т. е. лесные растения, животные, микроорганизмы, почва, вода, воздух и т. д.; озеро во всей своей совокупности — озерный биогеоценоз. Структуру и функции биогеоценоза изучает био-геоценология.

Биогеоценозы наземные и водные (все материки, моря и океаны) формируют биосферу, представляющую собой общеземную (глобальную) экологическую систему. Биосферу изучает глобальная экология.

Биосфера охватывает верхнюю часть земной коры (почву, материнскую породу), совокупность водоемов (гидросферу), нижнюю часть атмосферы (тропосферу и частично стратосферу) (рис. 1). Границы сферы жизни определяются условиями, необходимыми для существования организмов. Верхний предел жизни ограничен интенсивной концентрацией ультрафиолетовых лучей, малым атмосферным давлением и низкой температурой. В зоне критических экологических условий на высоте 20 км обитают лишь низшие организмы — споры бактерий и грибов. Высокая температура недр земной коры (свыше 100 °С) ограничивает нижний предел жизни. Анаэробные микроорганизмы обнаруживают на глубине 3 км.

Учение о биосфере, разработанное В. И. Вернадским, сыграло особую роль в развитии экологии. В науку было введено понятие живого вещества, под которым понималась биомасса всех организмов, населяющих нашу планету. Живое вещество по сравнению с неживой природой исключительно активно. Поэтому в биосфере, как в громадном химическом комбинате, происходят миллионы различных реакций созидания и разрушения. Окислительно-восстановительные реакции и другие ‘химические

«певращения связаны со свободной энергией, которой бога-#0 живое вещество. В самом жи-воМ веществе в результате био-^дггеза и метаболизма образуются сотни и тысячи различных биохимических соединений. На земной поверхности нет химической силы, более постоянно действующей, а потому и более могущественной, чем живое вещество, отмечал В. И. Вернадский- „ „

Рис. 1. Строение биосферы

В результате необычайной активности живого вещества и его сильного влияния на природу облик нашей планеты изменился Д° неузнаваемости. Произошло коренное изменение атмосферы. Считают, что в добио-логический период атмосфера Состояла в основном из диоксида углерода, метана, аммиака,

Водорода и водяных паров. Среда была восстановительной. Однако под влиянием возникших «а Земле организмов в атмосфере увеличилось количество кислорода, а концентрация диоксида углерода резко снизилась. Среда из восстановительной превратилась в окислительную. В стратосфере за счет кислорода сформировался озоновый экран, препятствующий излишнему проникновению ультрафиолетовых лучей к поверхности Земли и, следовательно, предохраняющий организмы от губительного действия радиации.

Наряду с атмосферой изменились гидросфера и литосфера. Изменение гидросферы тесно связано с эволюцией атмосферы, так Как водный баланс водоемов зависит от режима осадков и испарения. Стала иной и литосфера. Она подверглась мощному физическому выветриванию. На литосферу оказывали влияние организмы, продукты их обмена и распада. В результате сложных процессов, протекающих в литосфере, сформировалась поверхность материков, образовались осадочные породы, почвы. Эволюция биосферы сопровождалась образованием биогенных веществ (каменного угля, горючих газов, торфа и т. д.), биокосных тел, возникших в процессе взаимодействия живой и неживой природы. Типичным биокосным телом является почва — основной объект сельскохозяйственного производства.

Образование и эволюцию биосферы В. И. Вернадский связывал с организованностью космоса. Он указывал, что жизнь на Земле обусловлена не только земными, но и космическими факторами. Биосфера представляет собой земное явление космического характера. Среди космических тел, оказывающих мощное влияние на биосферу, особая роль отводится Солнцу. Живое вещество биосферы можно рассматривать как продукт преобразования энергии Солнца в энергию углеводов и других органических соединений растительных и животных организмов.

С появлением и развитием человечества биосфера существенно изменилась. Она перешла в качественно новое состояние — ноосферу (сферу разума), где основным фактором, преобразующим природу, становится человек. Влияние человека как биологического вида на природу не столь велико, как его хозяйственная деятельность. Преобразовательная деятельность людей особенно ярко проявилась в развитии сельского хозяйства и промышленности. Антропогенное изменение природы нашло отражение в определении экологии как науки. Экология, по И. Элтону, — это теория создания измененного мира. Тот мир, в котором мы живем и частью которого являемся, непрерывно изменяется, и приостановить этот процесс невозможно из-за необходимости развивать сельскохозяйственное и промышленное производство. Поэтому человеческое общество нуждается в теории измененного мира, с помощью которой люди научились бы сочетать интересы развития сельского хозяйства и промышленного производства с необходимостью создания оптимальных условий для жизни на Земле в эпоху научно-технического прогресса.

Под влиянием сельскохозяйственной деятельности человека во многих регионах земного шара сформировались аграрные ландшафты. Сельскохозяйственные экосистемы (поля, сады, огороды, пастбища, скотные дворы и животноводческие фермы) образуют агросферу. Агросфера — объект изучения сельскохозяйственной экологии.

1.2. ЭКОЛОГИЧЕСКИЕ ЗАКОНЫ, ПРАВИЛА, ПРИНЦИПЫ

В экологии и биогеоценологии сформулированы экологические законы, правила и принципы. Авторство многих экологических закономерностей определить очень сложно, так как некоторые законы, правила и принципы экологии открывались повторно и многократно. Экологические закономерности закреплялись в ряде случаев не за их творцами, а за тем или иным пропагандистом или за ученым, много сделавшим в этой области (Н. Ф. Реймерс).

Закон В. И. Вернадского о единстве организма и среды. Отражает наиболее общие закономерности функционирования организмов, их среды обитания и развития биологических систем. Он свиде-

«ельствует о том, что жизнь развивается в результате постоянного абмена веществом и информацией на базе потока энергии в совокупном единстве среды и населяющих ее организмов.

КУ Закон давления среды жизни, или закон ограниченного роста Дарвина. Гласит, что потомство одной пары особей, размножаясь в геометрической прогрессии, стремится заполнить весь земной iiiao Но имеются ограничивающие силы, не допускающие этого мления.

Закон возврата Либиха. Суть его в том, что урожай зависит от возврата среде жизненно необходимых факторов, использованных организмом. Открытие этого закона способствовало прогрессивному повышению плодородия почвы. К. А. Тимирязев и 2LH- Прянишников назвали этот закон величайшим приобретением науки.

Закон минимума, максимума и оптимума факторов Вильямса. Гла-etyT, что наибольший урожай осуществим при среднем оптимальном наличии фактора, при минимальном и максимальном значениям фактора урожай неосуществим. Этот закон подчеркивает особое качение оптимальных доз минеральных удобрений, так как их из- • бьггок может оказаться вредным. Это важное положение, так как из Закона Либиха это не вытекало.

i- ^Принципы А. Г. Банникова: 1—основное направление охраны Природы — охрана в процессе ее использования; 2 — комплексный |ррдход к использованию природных ресурсов; 3 — региональный Подход к расходованию природных ресурсов.

Принципы А. Леопольда: 1 — за все надо платить; 2 — все куда-#6 движется; 3 —все взаимосвязано. Смысл первого принципа $НОЛне очевиден, второй принцип, выражающий, по существу, за-Крн сохранения массы и энергии, заключается в том, что результату наших предполагаемых конкретных действий необходимо анализировать еще до того, как с их помощью будут достигнуты желаемые цели.

у Правило затухания процессов: насыщающиеся системы с увеличением степени равновесности с окружающей их средой или внутреннего гомеостаза характеризуются затуханием в них динамических процессов. Например, темпы размножения акклиматизированных организмов по мере насыщенности сообщества за-1рают.

Г ; Правило ускорения эволюции: с ростом сложности организации ФФсистем продолжительность существования вида в среднем со-МРМцается, а темпы эволюции возрастают.

^Правило эквивалентности в развитии биосистем: биосистемы спо-достигнуть конечного (финального) состояния (фазы) развития независимо от степени нарушения начальных условий своего Йаавития.

^Принцип преадаптации: организмы занимают все новые экологи-, "РРКИе ниши благодаря генетической преадаптации.

Экологическое правило С. С. Шварца: каждое изменение условий существования вызывает соответствующие перемены в способах реализации энергетического баланса организма.

Закон относительной независимости адаптации. Высокая адапти-рованность к одному из экологических факторов не дает такой же степени приспособления к другим условиям жизни. Более того, она может ограничивать эти возможности.

Закон относительности действия лимитирующих факторов (закон Лундегарда — Полетаева). Форма кривой роста численности популяции (ее биомассы) зависит не только от одного вещества с минимальной концентрацией, но и от концентрации и свойств других ионов, имеющихся в среде.

Закон неоднозначного (селективного) влияния фактора на различные функции организма. Любой экологический фактор по-разному влияет на функции организма; оптимум для одних процессов, например для дыхания, неравнозначен оптимуму для других, например для пищеварения, и наоборот.

Правило, или закон, фазовых реакций («польза—вред»): малые концентрации токсиканта, как правило, усиливают функции организма (их стимулирование), тогда как более высокие концентрации угнетают его или даже приводят к летальному исходу.

Правило максимальной рождаемости (воспроизводства): в популяции наблюдается тенденция к образованию теоретически максимально возможного количества новых особей. Это достигается в идеальных условиях, когда отсутствуют лимитирующие экологические факторы. Обычно же существует экологическая, или реализуемая, рождаемость.

Закон ограниченности (исчерпаемости) природных ресурсов (ПР).

Все природные ресурсы конечны. Планета Земля представляет собой ограниченное естественное целое, на ней не могут существовать бесконечные части.

Закон максимизации энергии (закон Г. и Э. Одумов). Гласит о том, что выживание (сохранение) одной системы в соперничестве с другими определяется наилучшей организацией поступления в нее энергии и использования максимального количества наиболее эффективным способом.

Закон обеднения разнородного вещества в островных его сгущениях. Это положение сформулировал Хильми. Оно гласит, что система, работающая в среде с более низким уровнем организации, чем уровень самой системы, обречена, так как, постепенно теряя свою структуру, она через некоторое время растворяется в окружающей среде. Этот закон диктует необходимость создания буферных зон — полос земли, в пределах которых запрещается любая хозяйственная деятельность.

Буферные зоны в практике природопользования создают как при ведении интенсивного хозяйства, так и при организации заповедников (биосферных), долгосрочных заказников и других охраняемых территорий для обеспечения высокой надежности их функционирования.

Закон «шагреневой кожи». Глобальный исходный природно-ресурсный потенциал в ходе исторического развития непрерывно истощается, что требует от человечества научно-технического совершенствования. Опасные физико-химические процессы идут по всей иерархии природных систем, и скорость сокращения природной «шагреневой кожи» прямо зависит от количества людей, «проедающих» ее.

Закон неустранимости отходов или побочных действий производства. В любом хозяйственном цикле отходы и возникающие побочные эффекты неустранимы, они могут быть лишь переведены из одной физико-химической формы в другую или перемещены в пространстве. Деятельность человека причиняет ущерб окружающей среде независимо от его добрых намерений, и задача состоит в том, чтобы сделать последствия этой деятельности менее пагубными.

Законы-афоризмы Коммонера: 1 — все связано со всем; 2 — все должно куда-то деваться; 3 — природа знает лучше; 4 — ничто не дается даром. Первый закон отражает всеобщую связь процессов и явлений в природе. Второй закон свидетельствует о том, что любая система может развиваться только за счет использования материально-энергетических и информационных возможностей окружающей ее природной среды. Третий закон призывает к предельной осторожности, тем более что критерии «улучшения» природы недостаточно ясны. Четвертый закон автор объясняет так: «Глобальная экосистема представляет единое целое, в рамках которого ничего не может быть выиграно или потеряно и которое не может являться объектом всеобщего улучшения: все, что было из нее извлечено человеческим трудом, должно быть возмещено».

Закон соответствия между развитием производственных сил и Природно-ресурсным потенциалом общественного развития, падения природно-ресурсного потенциала. В момент приближения природно-ресурсного потенциала к общественно неприемлемому уровню сменяется технология и изменяется общественная реакция, т. е. окончательно формируется новая общественно-экономическая формация.

Закон максимума. Экосистема может производить биомассу и иметь биологическую продукцию не выше, чем свойственно самым продуктивным ее элементам в их идеальном сочетании.

Закон предельной урожайности К. Пратта. Свидетельствует о том, что излишнее внесение удобрений ведет не к увеличению, а к снижению урожайности.

Закон А. Тюрго — Т. Мальтуса, или закон убывающей отдачи.

Гласит, что повышение удельного вложения энергии в агросисте-Му не дает адекватного пропорционального увеличения ее продуктивности.

Законы охраны природы П. Эрлиха. 1. В охране природы возможны только успешная оборона или отступление. Наступление невозможно: вид или экосистема, однажды уничтоженные, не могут быть восстановлены. 2. Рост населения и охрана природы принципиально противостоят друг другу. 3. Экономическая система, преследующая постоянный рост, и охрана природы принципиально противостоят друг другу. 4. Для человечества крайне опасно представление о том, что при принятии решений об использовании Земли надо принимать во внимание лишь ближайшие цели — немедленное благо для Homo sapiens. 5. Охрана природы должна сочетаться и с вопросом благосостояния, а в более далекой перспективе — выживания человека.

Закон подобия части и целого. Системы разных уровней иерархии похожи друг на друга. Например, схожи модели атома и Солнечной системы. Закон подобия части и целого отнюдь не означает их абсолютной идентичности. Поэтому была сформулирована аксиома эмерджентности.

Закон необходимого разнообразия. Никакая система не может сформироваться из абсолютно идентичных элементов. Закон сформулирован У. Р. Эшби как основное условие устойчивости любой экосистемы.

Правило взаимоприспособленности организмов в биоценозе К. Мебиуса — Г. Ф. Морозова: виды в биоценозе приспособлены друг к другу настолько, что их сообщество составляет внутреннее противоречивое, но единое и взаимно увязанное системное целое.

Правило усиления интеграции биологических систем И. И. Шмаль-гаузена: биологические системы в процессе эволюции становятся все более интегрированными, со все более развитыми регуляторными механизмами, обеспечивающими такую интеграцию.

Принцип неполноты информации (принцип неопределенности): информация, направленная на преобразование природы, всегда недостаточна для абсолютного утверждения о всех возможных результатах действия по ее реализации. Этот принцип свидетельствует об исключительной сложности природных экосистем, а неполнота информации так же опасна, как и сама преобразовательная деятельность человека.

Закон (эффект) Э. Ребеля компенсации (взаимозаменяемости) факторов. Отсутствие или недостаток некоторых экологических факторов могут быть компенсированы другим близким (аналогичным) фактором. Например, недостаток света для растения может быть компенсирован обилием С02.

Правило Ю. Одума монокультуры: эксплуатируемые для нужд человека системы, представленные одним видом, равно как и системы монокультур (например, сельскохозяйственные монокультуры), неустойчивы по своей природе. Любая монокультура не обладает свойствами самоподцержания, самовосстановления и саморе-монта за пределами индивидуального существования. *

Правило одного процента: изменение энергетики природной системы в пределах 1 % выводит природную систему из равновесного (квазистационарного) состояния. Все крупномасштабные явления, происходящие на поверхности Земли (мощные циклоны, извержения вулканов, процесс глобального фотосинтеза и др.), как правило, имеют суммарную энергию, не превышающую 1 % энергии солнечного излучения, падающего на поверхность нашей планеты.

Правило обязательного заполнения экологических ниш: пустующая ниша всегда бывает естественно заполнена. Народная мудрость гласит: «Природа не терпит пустоты».

Правило конкурентного исключения: если два вида со сходными требованиями к среде (питанию, поведению, местам размножения и т. п.) вступают в конкурентные отношения, то один из них должен погибнуть либо изменить свой образ жизни и занять новую экологическую нишу.

Правило «экологичное — экономично»: нельзя противопоставлять экономику и экологию. Нельзя снижать темпы индустриализации, так как это будет означать своего рода экономический утопизм, так же как и ослаблять усилия в области экологии, что будет экологическим экстремизмом. Решение вопроса находится где-то посередине.

Правило интегрального ресурса: конкурирующие в сфере использован™ конкретных природных систем отрасли хозяйства неминуемо наносят ущерб друг другу.

Правило экотона, или концепция краевого (приграничного) эффекта: введено Ю. Одумом. Под экотоном понимается полоса перехода между сообществами (экосистемами), например между лесом и лугом. Разнообразие видов в экотонах увеличивается.

Правило неизбежных цепных реакций «жесткого управления природой»: «жесткое» техническое управление природными системами и процессами чревато цепными природными реакциями, значительная часть которых экологически, социально и экономически неприемлема в длительном интервале времени. Например, чрезмерная вырубка леса или перевыпас могут привести к опустыниванию.

Правило «мягкого» управления природой: заключается в целенаправленном восстанавливающем экологический баланс управлении природными процессами. Как дипломатические переговоры желательнее войны, так и «мягкое» управление природными процессами и системами эффективнее грубых техногенных вмешательств. Этому правилу, например, отвечают альтернативные экологичные системы земледелия.

Правило территориального экологического равновесия: максимум биопродукции и урожая лимитирован оптимальным сочетанием экологических компонентов. Любое допинговое воздействие эффективно до тех пор и постольку, поскольку имеются дополняющие его благоприятные экологические факторы.

Принцип удаленности события: явления, отдаленные во времени и в пространстве, психологически кажутся менее существенными. Но в отношениях с природой следует учитывать правила ее поведения. Как шахматист должен следить за игрой и соперником, а не только строить свои собственные планы, так и специалист-эколог обязан выстраивать практическую стратегию с сознанием всего спектра неминуемых последствий своих действий.

Принцип естественности, или «помни о смерти»: со временем эколого-социальная и экономическая эффективность технического устройства, обеспечивающего «жесткое» управление природными системами и процессами, снижается, а расходы на его поддержание увеличиваются. Устаревшие технические устройства делаются ненужными, и хотя прошлые экономические затраты амортизированы физически и морально, нефункционирующий объект «повисает» на обществе. Например, старые ирригационные системы требуют реконструкции или производство оружия требует массы природных ресурсов. Расходы возмещает общество, конверсия иногда требует еще больших средств.

Принцип экологической рабочей надежности характеризуется ее эффективностью, способностью к самовосстановлению и саморегуляции.

Закон снижения природоемкости готовой продукции. Удельное содержание природного вещества в усредненной единице общественного продукта исторически неуклонно снижается.

Закон увеличения темпов оборота вовлекаемых природных ресурсов. В историческом процессе развития мирового хозяйства скорость оборачиваемости вовлеченных природных ресурсов непрерывно возрастает на фоне относительного уменьшения объема их вовлечения в общественное производство.

Принцип адаптивности означает соответствие природных и организационно-хозяйственных условий агроландшафта. В основе адаптивности агроландшафта лежит максимальное использование его особенностей для установления правильного соотношения различных сельскохозяйственных угодий (пашня, сады, огороды, пастбища, залежи).

Принцип экологичности говорит о необходимости соблюдения экологичности земледелия, поддержания экологического равновесия путем снижения эрозии почвы до допустимых пределов с учетом ее самовосстановления, увеличения жизнедеятельности биоценозов. Следовательно, химизация сельского хозяйства допустима лишь в разумных, строго научно обоснованных пределах.

Принцип целостности: только при условии соблюдения всех факторов как естественного, так и искусственного характера можно рассчитывать на стабильность земледелия, воспроизводство плодородия почвы на заданном уровне.

Принцип дифференциации должен учитывать зональные естественные условия природной.зоны, прежде всего климатические условия. Но в каждой зоне необходимо учитывать рельеф (уклон, длина склона, его экспозиция, форма), базис эрозии, степень расчлененности территории, подверженность почвы водной эрозии и дефляции, глубину и минерализацию грунтовых вод, структуру почвы, содержание в ней гумуса, гранулометрический состав, погодные условия.

Экологические законы, правила и принципы позволяют лучше понять теоретические основы сельскохозяйственной экологии и эффективнее ее использовать в решении задач по производству экологически чистой продукции растениеводства и животноводства, сохранению качества окружающей природной среды.

Контрольные вопросы и задания

1. Сформулируйте основные определения экологии как науки. 2. Что такое экологический фактор? 3. Дайте характеристику надорганизменных систем: популяций, биоценозов, биогеоценозов и биосферы. 4. Что такое живое вещество? Какова его экологическая роль? 5. Что такое ноосфера? 6. Что такое агросфера? 7. Какова роль Э. Геккеля и В. И. Вернадского в развитии экологии? 8. Какова роль экологических законов, правил и принципов в сельскохозяйственной экологии?

Глава 2 АУТЭКОЛОГИЯ

Жизнь растений и животных протекает под постоянным влиянием окружающей их среды. Среда влияет на состояние популяций, биоценозов и других надорганизменных систем. Среда слагается из множества разнообразных компонентов (элементов). Предмет экологии (в том числе сельскохозяйственной) — изучение влияния факторов среды (экологических факторов, факторов биогеоценоза) на организмы растений и животных, на популяции и биоценозы. Аутэкология — раздел экологии, изучающий взаимоотношения организма (вида) и факторов среды его обитания.

2.1. ЭКОЛОГИЧЕСКИЕ ФАКТОРЫ

Экологический фактор — это элемент (компонент), процесс (явление) внешней среды, оказывающий влияние на биологическую систему (организм, популяцию, биоценоз).

Наряду с термином «экологический фактор» в экологической и биогеоценотической литературе используют термины «экологическое условие», «экологический ресурс». Термином «экологические ресурсы» обозначают средообразующие компоненты, которые могут быть использованы организмами в процессе их жизнедеятельности. Так, например, экологическим ресурсом для растений (особи, популяции, фитоценоза — природного или аграрного) служат элементы минерального питания в почве (азот, калий, фосфор, бор, кобальт и др.). Пастбищная трава — кормовой ресурс для пасущихся животных (особи, стада, зооценоза). Под экологическим условием подразумевают абиотический фактор среды обитания организма, например температуру, относительную влажность воздуха. В отличие от ресурсов экологические условия организмами не расходуются. Экологические условия неисчерпаемы. Ни один вид растений или животных не способен сделать их недоступными для других организмов.

В данной книге термин «экологический фактор» употребляется в самом широком понимании. Он включает в себя понятия «экологическое условие», «экологический ресурс», «компонент (элемент) среды, экосистемы, биогеоценоза», т. е. термином «экологический фактор» обозначают все внешнее, окружающее, что* влияет на

организм растений и животных, как диких, так и одомашненных.

Факторы среды действуют на организм не изолированно, а совместно, в сочетании друг с другом. Несмотря на это, их раздельное рассмотрение не только правомерно, но и необходимо, так как позволяет упростить понимание сложных явлений экологии — науки о реальном.

2.2. КЛАССИФИКАЦИЯ ЭКОЛОГИЧЕСКИХ ФАКТОРОВ

Экологические факторы многочисленны и разнообразны. Их числу, вероятно, нет предела. Они отличаются по характеру влияния на биологические системы (организмы, популяции, биоценозы) и ряду других признаков. Потенциальная неограниченность численности и многообразие экологических факторов вызвали необходимость их систематизации. Современная классификация экологических факторов приведена в справочнике Н. Ф. Реймерса «Природопользование» (1990).

В основу классификации положен принцип учета особенностей экологических факторов по их происхождению, характеру действия на живые системы и другим признакам.

По времени возникновения экологические факторы подразделяют на три группы: эволюционные, исторические и действующие.

Эволюционный фактор — это современный фактор среды, порожденный эволюцией жизни. Так, например, озоновый экран — ныне действующий экологический фактор, влияющий на организмы, популяции, биоценозы, экологические системы, в том числе и на биосферу, — существовал в прошлые геологические эпохи. Возникновение озонового экрана связано с появлением фотосинтеза и накоплением в атмосфере кислорода.

Исторический, как и эволюционный, — это ныне действующий экологический фактор. В отличие от эволюционного он результат исторического развития человечества, его хозяйственной деятельности. Например, поля, сады, культурные пастбища, животноводческие фермы и комплексы, другие антропогенные компоненты аграрных ландшафтов — экологические факторы, обусловленные Сельскохозяйственной деятельностью людей.

Действующий фактор — это современный экологический фактор. К нему относятся мелиорирование земли — экологический фактор, обеспечивающий развитие высокопродуктивного растениеводства, животноводства и др.

По периодичности экологические факторы подразделяют на периодические и непериодические.

Периодический фактор — это циклически изменяющийся экологический фактор. Примером могут служить периодические изменения условий среды при смене времен года, в частности, в средних широтах Северного полушария. К периодическим изменениям экологических факторов организмы адаптируются. Строгий учет циклических изменений экологических факторов при ведении сельского хозяйства крайне необходим. В соответствии со сменой времен года проводят посев сельскохозяйственных культур, уборку урожая, организуют пастбищное и стойловое содержание животных и т. д.

Непериодический фактор — фактор среды, возникающий внезапно, например дождь, град, буря и т. д. Одна из острейших проблем сельского хозяйства — разработка надежных методов нейтрализации и защиты от действия неблагоприятных непериодических факторов (заморозков во время цветения растений, засух или, наоборот, наводнений, затрудняющих получение высоких урожаев сельскохозяйственных культур и кормовых трав, продуктивности домашних животных).

По очередности возникновения экологические факторы подразделяют на первичные и вторичные. Первичный — это исходный экологический фактор, вторичный — его следствие. Так, формирование тундровых, таежных, степных, тропических биоценозов обусловлено особенностями климатических условий того или иного региона земного шара. Климат, в свою очередь, зависит от солнечной радиации, шарообразности Земли, ее движения вокруг своей оси и вокруг Солнца.

По происхождению различают факторы космические, абиотические (абиогенные), биотические, биокосные, антропогенные, антропические, природно-антропогенные.

Космические факторы имеют космическое происхождение. К ним относится поток космической пыли, космических лучей и т. д. Важнейший космический фактор — солнечная радиация. Лучи Солнца — источник энергии, используемой растениями в процессе фотосинтеза. Растениеводство можно рассматривать как систему мероприятий по интенсификации фотосинтеза культивируемых растений.

Абиотический (абиогенный) фактор — это составной компонент неживой природы, например воздух, вода. Абиотические факторы, взятые в совокупности, формируют среду обитания для сообществ взаимосвязанных популяций растений и животных (биоценозов).

Термином «биотический фактор» обозначают особь или группу организмов, влияющих на биологическую систему (растение, животное, популяцию, фитоценоз, зооценоз, биоценоз). Примеры биотического фактора — это стадо овец, потребляющих пастбищную растительность; патогенные микробы и грибы, вызывающие заболевание у растений и (или) животных; кошка, поедающая мышь, и т. д.

Биокосный фактор — фактор среды, трансформированный в процессе жизни. К числу таких факторов можно отнести почву — биокосное тело, сформировавшееся при взаимодействии живой и неживой природы.

Антропические и антропогенные экологические факторы связаны с хозяйственной деятельностью человека. В первом случае речь идет о прямом воздействии людей на живые системы (например, искусственный отбор и селекция культивируемых растений и животных), во втором — об их косвенном, опосредованном влиянии на природу (например, подтопление аграрных ландшафтов при создании водохранилищ). Многие авторы используют один термин «антропогенный фактор», обозначая им как антропические, так и антропогенные воздействия на природу.

Природно-антропогенный фактор —это компонент природной среды, преобразованный деятельностью человека. Классическим примером природно-антропогенного фактора является почва, окультуренная человеком.

По среде возникновения различают атмосферные, водные, геоморфологические, эдафические, генетические, популяционные, биоценотические, экосистемные, биосферные факторы. Возникновение атмосферных экологических факторов вызвано изменением физических и химических свойств атмосферы (например, повышением или, наоборот, понижением ее температуры), водных — воды (например, при загрязнении водоема). Геоморфологические факторы связаны с геологическими структурами, рельефом местности, эдафические — с почвой, ее физическими и химическими свойствами. Изменения, происходящие в популяции, могут влиять на состояние образующих ее особей. Внутрипопуляционные сдвиги становятся причиной изменений в сообществах взаимосвязанных популяций растений и животных. На состояние растений и животных влияют изменения, происходящие в биоценозах, биогеоценозах и биосфере. Под генетическим подразумевают фактор, влияющий на организмы через их генетический аппарат. Этот фактор именуется экологическим условно, поскольку наследственный код, заключенный в генетическом аппарате, — это скорее всего компонент внутренней среды организма.

По своему характеру экологические факторы подразделяют на информационные, вещественно-энергетические, физические, химические и комплексные.

Литературные данные об информации как об экологическом факторе появились лишь в последнее время. Под информационным подразумевают фактор, представляющий собой внешние сигналы, действующие на организмы намного сильнее переносимого потока вещества и энергии. В некоторых случаях код жизненно важного сообщения для растений и животных осуществляется без всяких затрат энергии (например, информация о периодических изменениях продолжительности дня и ночи).

В отличие от информационного вещественно-энергетический фактор характеризуется более или менее выраженным соответствием между масштабами переноса вещества и энергии и степенью выраженности ответной реакции объекта воздействия (особи, популяции, биоценоза). Среди физических факторов большое значение имеют геофизические и термические, среди химических — солености и кислотности, среди комплексных — климатические, системообразующие, географические и др.

По условиям воздействия экологические факторы подразделяют на зависящие и не зависящие от плотности популяций. При переуплотнении популяций усиливается конкуренция и растения, и животные могут оказывать друг на друга негативное воздействие. Установлено, что под влиянием конкурентов рост особи (растения или животного) замедляется или даже нарушается. Конкуренция может стать причиной гибели растений и животных. Среди экологических факторов, не зависящих от плотности популяций, можно отметить земное тяготение, атмосферное давление и другие компоненты среды.

По 'объекту воздействия экологические факторы подразделяют на индивидуальные, групповые, отологические, социально-психо-логические, социально-экономические, видовые (в том числе человеческий, жизни общества). Индивидуальный фактор действует на индивид (особь), групповой — на группу растений и (или) животных (популяцию, биоценоз). Этологический фактор отражает характер воздействия на организм поведенческих реакций животных, например самцов на самок, самок на детенышей и т. д.

Термин «социальный фактор» используют для обозначения влияния человеческого общества на людей и лишь отчасти на домашних животных, насекомых, например пчел.

Факторы социально-психологические, социально-экономические — это понятия, отражающие экологические взаимоотношения в человеческом обществе.

По степени воздействия на биосистемы экологические факторы подразделяют на экстремальные, беспокоящие, мутагенные, тератогенные, летальные, лимитирующие. Под экстремальным понимают фактор среды, создающий неблагоприятные условия для роста, развития и размножения растений и животных. Беспокоящий фактор непосредственно физико-химического воздействия на организмы не оказывает. Однако он не является индифферентным, так как под его влиянием состояние организма изменяется. Так, например, шум, возникший на ферме, вызывает беспокойство животных. У лактирующих коров снижается продуктивность. У кур, подвергнутых воздействию шума, может возникнуть заболевание, характеризующееся расстройством деятельности нервной системы (шумовая истерия). Мутагенными именуют факторы среды, вызывающие мутации, тератогенными — тератогенез. Летальные факторы обусловливают гибель растений и животных. Лимитирующий фактор — это элемент среды, ограничивающий размножение и распространение организмов (популяфий, сообществ). Ограничивающее влияние присуще самым разным экологическим факторам. Многие экологи выделяют пищевой (трофический) экологический фактор. По происхождению трофический фактор может быть абиотическим и биотическим, по характеру — комплексным вещественно-энергетическим, по объекту воздействия — индивидуальным или групповым, по степени влияния на организмы — лимитирующим.

2.3. ЛИМИТИРУЮЩИЕ ФАКТОРЫ

Еще в прошлом веке Ю. Либих экспериментально доказал, что дефицит химических элементов в почве приводит к нарушению роста и развития растений. Его предположение о том, что химический элемент, находящийся в минимуме, управляет биологической продуктивностью растений, получило название закона минимума. Многочисленные исследования, проведенные в разных странах, показали, что закон минимума применим не только к растениям, но и к животным. Доказано, что недостаток того или иного биогенного элемента в среде может стать причиной снижения продуктивности, воспроизводительной способности животных, их устойчивости к болезням. Снижение продуктивности, воспроизводительной способности и естественной резистентности (устойчивости к болезням) крупного рогатого скота, лошадей, свиней, овец, кур и уток отмечено при дефиците в кормовом рационе кальция, фосфора, калия, натрия, йода, меди, цинка и других макро- и микроэлементов.

Рост и развитие растений и животных могут лимитировать не только дефицит, но и избыток химических элементов в среде. О вреде недостаточного и избыточного поступления химических элементов в организм свидетельствуют рисунки 2 и 3. Кривые, изображенные на рисунке 2, показывают изменение массы щитовидной железы и ее гормональной деятельности в зависимости от содержания йода в рационе животных. Из рисунка видно, что как при недостаточном, так и при избыточном поступлении йода в организм происходят патологическое увеличение щитовидной железы и подавление в ней процессов, связанных с синтезом необходимых для жизнедеятельности гормонов (тироксина и йод-ти-ронина). На рисунке 3 показано, что недостаток и избыток в рационе фосфора приводят к поражению костной системы животных (уменьшению плотности костей).

Лимитирующие факторы — это элементы (компоненты) среды, которые находятся в дефиците (ниже критического уровня) или, наоборот, в избытке (выше переносимого организмами предела). Говоря о лимитирующем факторе, подразумевают не столько тот или иной конкретный компонент среды, сколько интенсивность его воздействия на организм (популяцию, вид). Диапазон между

Рис. 2. Изменение массы щитовидной железы кролика и синтеза в ней гормонов в зависимости от различного содержания йода в рационе (по В. В. Ковальскому и др.)

минимумом и максимумом воздействия экологического фактора отражает пределы выносливости (толерантности) вида (рис. 4).

Закономерности, связанные с выносливостью видов в зависимости от степени выраженности экологического воздействия, были установлены В. Шелфордом и получили название закона толерантности. Согласно этому закону фактором, ограничивающим размножение и распространение организмов (популяции, вида),

зо- Рис. 3. Изменение рентгенофотометрической плотности 5-хвостового позвонка крупного рогатого скота при разном содержании фосфора в рационе (по'Р. М. Саврилову, И. Я. Баннову и др.) Рис. 4. Зависимость между интенсивностью экологического фактора и выносливостьювида:а — пределы выносливости (зона, где организмы встречаются); б — оптимальная зона, в пределах которой условия для жизнедеятельности организмов благоприятны (вид распространен); 1 — минимум интенсивности (дозы) экологического фактора; 2 — оптимальная, самая благоприятная, интенсивность (доза) экологического фактора; 3 — максимум интенсивности (дозы) экологического фактора; I— зона, где жизнедеятельность организмов невозможна; II— зона, в пределах которой жизнедеятельность организмов затруднена из-за экстремальных условий среды (вид редок). (Стрелка у основания схемы отражает возрастающую интенсивность экологического фактора)

может быть как минимум, так и максимум воздействия компонентов среды. Пределы толерантности вида могут сужаться или, наоборот, расширяться в зависимости от состояния популяций, циклов их развития, изменений условий среды и т. д. Сужение пределов толерантности отмечается в период размножения организмов, когда к воздействию экологических факторов становятся очень чувствительными размножающиеся особи, семена растений, яйца птиц, эмбрионы животных. Пределы толерантности уменьшаются при ухудшении условий жизнеобеспечения вида. Так, при дефиците азота в почве, т. е. ухудшении условий азотного питания растений, отмечено снижение засухоустойчивости злаков.

В диапазоне между минимумом и максимумом экологического фактора находится экологический оптимум, в зоне которого условия существования для организмов благоприятны.

Минимум, оптимум или максимум экологического фактора во многом определяют условия размножения и распространения растений и животных, их процветания или, наоборот, вымирания. Однако ответные реакции организмов зависят не только от интенсивности экологического фактора, но и от состояния самих организмов, их экологической валентности. Экологическая валент-ностъ вида — это показатель, характеризующий способность организмов существовать в разнообразных условиях среды, заселять местообитания с более или менее выраженными колебаниями интенсивности экологических факторов. Одни биологические виды обладают большой экологической валентностью (эвриэк), другие — малой (стеноэк). Виды с низкой валентностью способны жить и размножаться лишь в среде с узким диапазоном колебаний экологических факторов. Они, как правило, приурочены к определенным, более или менее ограниченным местообитаниям (стено-топ). Виды-стеноэки широкого распространения обычно не имеют. Виды с высокой экологической валентностью могут выдерживать большой диапазон колебаний факторов среды. Они заселяют разные местообитания (эвритоп) и относительно широко распространены в природе.

Учет лимитирующих факторов, знание закона толерантности, экологической валентности видов имеют важное значение для решения многих вопросов сельскохозяйственной экологии, например борьбы с вредителями сельского хозяйства. Так, в США установлено, что ограничивающим фактором для жука-щелкуна Limonius, особенно его личиночной стадии, является влажность почвы. Борьбу с этим насекомым ведут при помощи смещения оптимального экологического фактора к его минимуму или, наоборот, максимуму. Проводят осушение или обводнение земель, и личинки вредителя погибают (Дажо, 1975).

Осушение заболоченных пастбищ — надежный метод борьбы с фасциолезом — заболеванием сельскохозяйственных животных. Болезнь вызывается плоскими червями фасциолами, паразитирующими в желчных ходах печени хозяев. Цикл биологического развития фасциол связан с промежуточными хозяевами — прудовиками (моллюсками), предпочитающими влажные местообитания. Мелиоративные мероприятия по осушению пастбищ разрывают эпизоотическую цепь: лишенные необходимой влажности прудовики погибают, цикл развития фасциол нарушается. Циркуляция фасциол в БГЦ прекращается, что служит эффективным методом профилактики фасциолеза.

2.4. ЭКОТИПЫ

Пределы толерантности и экологической валентности видов во многом зависят от адаптации организмов к среде обитания. Совокупность организмов любого вида, обладающая более или менее выраженными свойствами адаптации к месту обитания, получила название экотипа. Термин «экотип» сначала применяли к растениям. Под экотипом понимали более или менее характерные формы растений одного вида, объединяемые некоторыми общими признаками и специально приспособленные к условиям определенного местообитания. Многие ботаники и экологи рассматривали вид как систему экотипов. Физиологически и морфологически экотипы могут выделяться как подвиды.

Экотипы растений отличаются друг от друга по годовым циклам роста, срокам цветения, морфологическим и иным признакам. Резкие различия наблюдаются между формами растений, произрастающих на лугах и пастбищах. Так, на интенсивно используемом пастбище ползучие столоны клевера развиты очень сильно, а на сенокосном лугу — в гораздо меньшей степени. У лугового и ползучего клевера разная реакция на внесение азотных и фосфорных удобрений. Значительные внутривидовые различия отмечены между формами растений, произрастающих на шахтных отвалах и в других местообитаниях (Бигон и др., 1989). Одни формы растений устойчивы к токсическим веществам, другие — нет.

По изучению экотипов сельскохозяйственных животных работы Д. Н. Кашкарова считаются классическими. Им выделено четыре экотипа овец.

Английские мясные и мясо-шерстные о в ц ы — тяжелые, малоподвижные, хорошо переносящие влажный климат, но требовательные к кормам. Их родина — Северо-Западная Европа. Наиболее благоприятные регионы для овец этого экотипа там, где природные условия близки к таковым на их родине.

Камвольные мериносовые овцы — более подвижные, менее требовательные к кормам. Их родина — Средиземноморье. Овец этого экотипа успешно выращивают в регионах с климатическими условиями, характерными для Средиземноморья.

Курдючные и жирнохвостые, мясо-сальные овцы — выносливые, приспособленные к обитанию в сухих степях, полупустынях и пустынях.

Короткохвостые овцы — неприхотливые к условиям кормления и содержания. Их ареал — лесная зона Европы и регионы, расположенные севернее.

Среди указанных экотипов встречаются группы с более или менее выраженными особенностями (подэкотипы).

Использование экотипов растений и животных может сыграть важную роль в развитии растениеводства и животноводства, особенно при экологическом обосновании районирования сортов и пород в регионах с разнообразными природно-климатическими условиями.

2.4.1. СВЕТ КАК ЭКОЛОГИЧЕСКИЙ ФАКТОР

Ни один из факторов так неинтересен для экологов, как свет, отмечал Ю. Одум. Среди жизненно важных экологических факторов солнечный свет занимает особое место. Радиация Солнца породила жизнь на Земле. Биосферу можно рассматривать как продукт преобразования солнечной энергии в энергию живого вещества, т. е. биомассы всех организмов, населяющих нашу планету.

С физической точки зрения солнечная радиация состоит из волн разной длины. Лучистую энергию растения используют избирательно. При фотосинтезе они потребляют лучи с длиной волны от 380 до 740 нм. Область солнечного спектра, используемая растениями для фотосинтеза, получила название фотосинтетически активной радиации (ФАР). Со стороны более коротких волн к ФАР примыкает ультрафиолетовая радиация (УФ), а более длинных — инфракрасная (ИК).

Проходя расстояние от Солнца до поверхности Земли, солнечная радиация сильно изменяется. Одна часть лучей отражается и поглощается облаками и аэрозолями, другая — отбрасывается в виде рассеянного света. На внешней границе атмосферы Земли интенсивность солнечной радиации составляет 1,39 кВт/м2 (солнечная константа). До поверхности Земли доходит лишь около половины (47 %) этой радиации. Происходят потери и фотосинтетически активной радиации. ФАР теряется не только в верхних слоях атмосферы, но и непосредственно в сообществе растений (фитоценозе). Часть радиации от насаждений отражается, часть ими поглощается, и, наконец, остальная часть ФАР доходит до поверхности почвы. Так, в посевах подсолнечника отражается 6 % радиации, поглощается 75, доходит до почвы 19 %. В посевах кукурузы 7 % радиации отражается, 86 — поглощается, 7 % доходит до почвы и теряется (рис. 5 и 6).

Коэффициент полезного действия поглощенной растениями солнечной энергии невелик. На фотосинтез используется лишь небольшая часть радиации, всего около 1,5%. У сельскохозяйственных культур КПД использования лучистой энергии обычно выше, чем у диких предков и сородичей. Так, на фотосинтез кормовая свекла использует 1,90 % поглощенной солнечной энергии, вика — 1,98, клевер — 2,18, картофель — 2,38, рожь — 2,42, пшеница — 1,68, овес — 2,74, лен — 3,61, люпин — 4,79 %. От эффективности использования ФАР зависит урожайность растений. Чем выше эффективность использования света в фотосинтезе, тем выше урожайность сельскохозяйственной культуры.

На поверхности земного шара свет распределен неравномерно. Интенсивность солнечной радиации зависит от географического расположения того или иного региона. Так, на севере из-за низкого солнцестояния освещенность местности относительно слабая, ниже, чем в регионах, расположенных южнее. На юге, в частности на экваторе, лучи Солнца падают на Землю отвесно, поэтому здесь интенсивность солнечной радиации достигает максимальных величин. Интенсивность освещения земной поверхности зависит от рельефа местности. Особенности природных условий того или иного региона земного шара влияют и на качество радиации, ее спектральный состав. Во многих регионах Северного'полушария

Рис. 5. Проникновение и распространение солнечной радиации в посеве подсолнечника(по В. Лархеру)

создаются благоприятные условия для образования рассеянного света, богатого длинноволновыми лучами. На юге иная картина: здесь свет прямой, и в световом спектре преобладает коротковолновая радиация.

Интенсивность света и его спектральный состав — мощный ботанико-географический экологический фактор. Широтные различия в интенсивности и спектральном составе радиации во многом определили особенности формирования типов растительности, характерных для тундр, тайги, степей и других географических зон земного шара. Световой режим, сложившийся в том или ином регионе, выполняет роль фактора естественного отбора растений. Поэтому в одних местообитаниях преобладают светолюбивые растения (гелиофиты), в других — тенелюбивые, теневыносливые (сциофиты).

Примером крайнего светолюбив может служить акация беловатая, широко распространенная в суданской саванне. Любопытно, что растение сбрасывает листья не в жаркий период года, а в сезон дождей. В дождливый период года, когда небо покрыто тучами, акация беловатая находится в состоянии светового голодания, что приводит к отмиранию листьев (Двора-ковский, 1983). В лесной зоне светолюбивых растений мало. Они встречаются лишь на свободных от леса местах. Здесь, на солнцепеке, растут мать-и-мачеха, лапчатка песчаная, другие растения-светолюбы. Пшеница, рожь, кукуруза, сахарная свекла, картофель, томат и некоторые иные виды культурных растений относятся к светолюбивым. Их посевы (посадки) размещают на открытых местообитаниях, т. е. на полях, в садах и огородах, расположенных обычно на территориях ранее сведенных лесов.

Рис. 6. Проникновение и распространение солнечной радиации в посеве кукурузы (по В. Лархеру)

Солнечная радиация — это экологический фактор, оказывающий сильное влияние не только на растительные, но и на животные организмы. Лучи Солнца активизируют обмен веществ в организме животных, повышают их продуктивность и воспроизводительную способность. Под влиянием солнечных лучей изменяются функционально-морфологические свойства глаз, слизистых оболочек, кожи и волосяного покрова. Солнечную радиацию широко используют в животноводстве и ветеринарии.

Под действием солнечного света, особенно ультрафиолетовых лучей, происходит активизация витамина D в организме. Витамин D обладает антирахитическим действием, он служит регулятором минерального обмена в организме и способствует укреплению костей. Прогулки (моцион) лошадей, крупного рогатого скота, свиней, овец и коз в погожие солнечные дни — один из эффективных методов повышения продуктивности, воспроизводительной способности животных и предохранения их от заболеваний (гелиотерапия и гелиопрофилактика рахита, остеодистрофии и др.) (Никитин).

Солнечная радиация — это не только источник энергии, без которого жизнедеятельность растений и животных невозможна. Свет — это лимитирующий фактор, так как при его недостатке или избытке жизнедеятельность организмов нарушается. ^Резкое ослабление, как и усиление, воздействия солнечной радиации на

организмы может стать причиной снижения воспроизводительной способности растений и животных.

В местообитаниях, где освещенность минимальна, недостаточна (например, пещеры, расщелины скал), растения могут испытывать световое голодание. Часто причиной светового голодания у культурных растений является переуплотнение популяций (при загущении посева). В загущенных посевах сельскохозяйственных культур, выращенных на хорошо увлажненных почвах, отмечают недоразвитость механических тканей соломы и полегание хлебов.

При нарушении условий выращивания наблюдается полегание всходов овощных культур в парниках и теплицах. Из-за дефицита света покровные ткани растений становятся тонкими. Устойчивость растительных организмов к воздействию болезнетворных агентов снижается.

Световая недостаточность негативно влияет на рост и развитие крупного рогатого скота, овец, коз, свиней, кур. У животных снижаются упитанность, продуктивность, воспроизводительная способность, нарушается витаминно-минеральный обмен, ухудшается качество животноводческой продукции. Развиваются болезни: у молодых животных рахит, у взрослых — остеодистрофия. При рахите и остеодистрофии поражается костная система; кости размягчаются, искривляются. Иногда они становятся хрупкими и ломкими, что приводит к перелому костей.

Свет высокой интенсивности — это раздражитель, который может оказывать вредное влияние на организм. Прямое действие лучей на протоплазму клеток губительно (Одум). Слишком интенсивная радиация может стать причиной заболевания растений и животных. Прямой солнечный свет разрушает хлорофилл, нарушает обменные процессы, вызывает деструктивные изменения в органах и тканях растительного организма. Патогенное действие избыточного освещения особенно резко проявляется у теневыносливых растений. У сельскохозяйственных животных бывает солнечный удар.

2.4.2. ИОНИЗИРУЮЩЕЕ ИЗЛУЧЕНИЕ

Излучение, обусловливающее ионизацию вещества, в том числе живого, называют ионизирующим. Под воздействием ионизирующего излучения в косном и живом веществе образуются отрицательно и положительно заряженные частицы (ионы) — продукт трансформации атомов. По своему устройству атом во многом напоминает Солнечную систему в миниатюре. Он состоит из ядра (Солнца) и движущихся вокруг него по своим орбитам электронов (планет). Ядро имеет положительный заряд, электроны — отрицательный. Ядро неоднородно, оно состоит из положительно заряженных протонов и нейтральных частиц — нейтронов. Заряды протона и электрона по своей направленности прямо противоположны, а по величине равны, поэтому атомы как системы электрически нейтральны. Нейтральный атом может превращаться в ион либо вследствие потери электрона, либо в результате его присоединения. Атомы, потерявшие электрон, трансформируются в положительные ионы. Отрицательными ионами становятся атомы, присоединившие дополнительный электрон. Следовательно, ионизирующее излучение обладает большой энергией. Энергия радиации столь велика, что под ее воздействием осуществляется превращение нейтральных атомов в положительные и отрицательные ионы.

Возникновение ионизирующей реакции связано с распадом радиоактивных элементов. Характерная особенность таких элементов в том, что в их ядрах численность протонов одинаковая, а нейтронов — может быть разной. По числу нейтронов, содержащихся в ядре, атомы одного и того же элемента образуют разновидности, называемые изотопами. Так, например, уран-238 содержит 146 нейтронов, а разновидность этого элемента уран-235—только 143. В изотопах урана, обозначаемых символами 238 и 235, число протонов одинаково — 92. Ядра изотопов разных радиоактивных элементов составляют группу нуклидов. Большинство из них нестабильно. Они могут превращаться в другие нуклиды. Так, например, уран-238 трансформируется в торий-234, в ядре которого содержится 90 протонов и 144 нейтрона. Торий-234, в свою очередь, превращается в протактиний и т. д.

Процесс самопроизвольного превращения одного нуклида в другой называют радиоактивным распадом, а сам такой нуклид — радионуклидом. При каждом акте распада нуклидов высвобождается энергия, которая передается дальше в виде радиоактивного ионизирующего излучения.

Ионизирующее излучение по своей природе неоднородно. Оно представляет собой корпускулярную радиацию (альфа- и бета-частицы, поток протонов и нейтронов) и электромагнитные колебания (гамма-лучи). Обычно говорят (хотя это и не совсем точно), что альфа-излучение — это испускание ядром частиц, состоящих из двух протонов и двух нейтронов. Бета-излучение представляет собой испускание электронов. Когда нуклид частиц не выбрасывает, а испускает пучок чистой энергии (гамма-квант), говорят о гамма-излучении.

Все виды ионизирующего излучения отличаются друг от друга количеством выделяемой энергии, длиной пробега частиц в среде, их проникающей способностью и, следовательно, характером воздействия на организм (рис. 7).

При альфа-излучении длина пробега частиц невелика — в воздухе она составляет всего несколько сантиметров. Проникающая способность альфа-радиации ничтожна — задерживаясь на повер-

Рис. 7. Сравнение различных типов ионизирующего излучения, воздействующего на организм животного (по Ю. Одуму)

хности тела организма, частицы вызывают выраженную локальную ионизацию живого вещества. При бета-излучении длина пробега электронов в воздухе несколько метров, в живой ткани — раз в сто меньше. Гамма-излучение обладает большой проникающей способностью, гамма-лучи пронизывают организм. Эффект их действия зависит от величины энергии, передаваемой ими тканям, и от расстояния между источником излучения и организмом. С увеличением расстояния интенсивность излучения падает. В целом отмечается следующая закономерность: проникающая способность альфа-, бета- и гамма-излучения последовательно возрастает, а плотность ионизации и масштабы повреждения тканей уменьшаются.

В экологии и радиобиологии, особенно экспериментальной, широко используют лучи Рентгена, полученные от специальных устройств. Рентгеновские лучи применяют при изучении влияний ионизирующей радиации на организм растений и животных, для разработки методов их защиты от радиационных поражений и т. д. Широкое использование рентгеновских лучей в радиоэкологии связано с тем, что они по своей природе близки к гамма-излучению.

Ионизирующее излучение, действующее на организм из окружающей среды, называют внешним. Наряду с этим, когда радиоактивные вещества оказываются внутри организма растений или животных, говорят о внутреннем излучении.

Пути попадания радиоактивных веществ в организм самые разные. В организм растений они чаще всего поступают через корневую систему с элементами минерального питания, в животные организмы — через пищеварительный тракт с пищей (кормом) и питьевой водой, через дыхательные пути с вдыхаемым воздухом. Наряду с этим они могут проникать через наружные покровы растений и животных.

При внутреннем альфа- и бета-излучении происходит ионизация протоплазмы клеточных элементов и межклеточного вещества, изменяются структура и функция органов и тканей.

Ионизирующее излучение — важный экологический фактор, жизненно необходимый для размножения, роста и развития растений и животных, функционирования популяций и биоценозов. Полагают, что радиоактивность способствовала возникновению жизни на Земле, становлению и развитию биосферы.

Источниками естественного фона радиации на Земле являются космос, радиоактивные элементы, входящие в состав нашей планеты. Радиоактивными, хоть и в малой мере, считаются все растения и животные, населяющие биосферу.

Наибольшее космическое излучение отмечается в верхних слоях атмосферы, у поверхности Земли оно во много раз ниже. Помимо космических лучей организмы подвергаются воздействию радиоактивных элементов горных пород. В земной коре широко распространены радий, уран, торий и другие радиоактивные элементы.

Естественный фон ионизирующего излучения в разных регионах земного шара неодинаков. Обычно он колеблется в небольших пределах, но в некоторых точках Земли резко возрастает. Например, в Бразилии и Индии есть районы, где широко распространены моноцитовые пески, содержащие большое количество тория, радия и урана. В этих местах уровень ионизирующей радиации почти в 200 раз превышает средние показатели естественного радиоактивного фона Земли.

В процессе эволюции биосферы растения и животные приспособились друг к другу и условиям своего существования, и потому естественный радиоактивный фон для них более или менее оптимальный.

В современную эпоху появились антропогенные источники ионизирующего излучения (атомные бомбы, атомные электростанции, рентгеновские аппараты и т. д.). Они могут загрязнять среду и быть причиной негативных биологических эффектов. Экологические последствия радиоактивных загрязнений среды зависят от многих факторов: мощности загрязнителя, его местонахождения, особенностей атмосферного переноса радионуклидов и их циркуляции в гидросфере, на материках.

Мигрируя в экосистемах, долгоживущие радиоактивные вещества концентрируются в конечных звеньях пищевых цепей. Так, в США было установлено, что в реке Колумбия радиоактивность находившегося в ней планктона превышала исходное количество в 2000 раз. Радиоактивность рыб, питающихся планктоном, была значительно выше — она превышала исходный уровень в 15 000— 40 000 раз.

Распределение радионуклидов в организме зависит от их троп-ности, т. е. способности накапливаться в определенных органах и тканях. Исследования, проведенные на животных, показали, что кальций, стронций, барий, фтор накапливаются преимущественно в костях, марганец, плутоний, торий — в печени, селен, мышьяк, висмут — в почках, йод, бром — в щитовидной железе. Органы — накопители радионуклидов — подвергаются более интенсивному облучению, и они, как правило, поражаются сильнее (критические органы).

Под влиянием повышенных доз ионизирующих излучений происходят патологические изменения протоплазмы клеток. Установлено, что степень поражения клеточных элементов пропорциональна числу пар ионов, образовавшихся в поглощающем живом веществе организмов.

Ионизирующая радиация обладает тератогенным и мутагенным действиями. У растений и животных с радиоактивным поражением отмечают врожденные пороки (аномалии) развития и уродства.

Лучевая болезнь может развиваться как у растений, так и у животных. При этом у растений задерживаются рост и развитие, нарушается обмен веществ, поражается корневая система, изменяется окраска листьев. У пшеницы листья становятся темно-зелеными, корни покрываются массой волосков. На листьях могут появляться капельки экссудата, вначале прозрачного, а затем в виде беловатой сахаристой массы. Там, где накапливается экссудат, ткань листа буреет, возникает пятно некроза (отмирание ткани). У растений бобов, пораженных болезнью, листья становятся темнозелеными, на них появляются темные некротические пятна, быстро увеличивающиеся в размере.

У крупного рогатого скота и животных других видов, пораженных лучевой болезнью, отмечают снижение упитанности, продуктивности, воспроизводительной способности, расстройство деятельности органов и тканей, развитие малокровия. Болезнь может закончиться и смертью животного.

Тепло — необходимое условие существования растений и животных. Рост, развитие и размножение разных видов растений и животных происходят при определенных температурных режимах, отвечающих экологическим потребностям организмов.

Для большинства видов культивируемых растений оптимальная температура колеблется от 20 до 30 °С. Так, для кукурузы она составляет 25—30 °С, для томатов — 26, для табака — 20—24 °С.

У разных групп растений свои границы между минимумом и максимумом переносимой ими температуры внешней среды. Например, минимальная температура для роста огурца находится в пределах 12—15 °С. При максимальной температуре (35 °С) его рост прекращается. Температурный оптимум, наиболее благоприятный для роста и развития огурцов, от 25 до 30 °С (Тышкевич, 1985).

Для разных видов сельскохозяйственных животных оптимальная температура воздуха колеблется от 3—5 до 15—20 °С. Следует отметить, что температурный оптимум зависит не только от вида животного, но и от стадии его онтогенеза. Установлено, что для взрослого крупного рогатого скота температурный оптимум составляет 10—15 °С, а для новорожденных телят — 18—20 °С.

Слишком высокая или слишком низкая температура окружающей среды неблагоприятно влияет на рост, развитие и размножение растений и животных.

Есть теплолюбивые растения, например цитрусовые. Предел высоких температур, лимитирующих их рост и развитие, значительно выше, чем у других форм растений. Но и они при избытке тепла прекращают свой рост и даже заболевают. Под воздействием излишне высоких температур в клетках растений происходит распад белков, изменяется белково-липидный комплекс. Расстройство обменных процессов сопровождается образованием токсичных продуктов метаболизма. Структура и функция органов и тканей растений нарушаются, развиваются признаки заболевания: на листьях пшеницы появляются желтые пятна, овса — красные («запалы»), Под действием сильных солнечных лучей могут образоваться ожоги покровных тканей растений. Кора плодовых деревьев, подвергшаяся ожогу, подсыхает, растрескивается, отстает от древесины. Ожоги листьев могут возникать при наличии на их поверхности капелек воды, оставшихся после дождя или полива. Капля воды выполняет роль линзы, собирающей солнечные лучи в одну точку (фокус). Ткани листа, расположенные под каплей-линзой, перегреваясь, подвергаются ожогу. Реакция растений на перегрев в значительной мере зависит от их возраста. К воздействию высоких температур особенно чувствительны всходы. Молодые растения, появившиеся на поле, ничем не затенены, они находятся слишком близко к поверхности почвы, где в жаркие солнечные

дни температура может достигать больших значений (особенно в южных районах России).

Под влиянием высоких температур у животных снижается аппетит. Ослабление и даже потеря аппетита у коров отмечены при температуре воздуха 41 °С. Перегревание организма сопровождается задержкой роста и развития животных, снижением их продуктивности. Так, телки, выращенные при температуре 27 °С, весили на 12 % меньше, чем при температуре 10 °С. У самок и самцов в результате воздействия высоких температур может возникнуть бесплодие (климатическое бесплодие, по А. П. Студенцову). Высокая температура воздуха может стать причиной заболевания животных. Тепловой удар — тяжелое заболевание, зарегистрированное у лошадей, крупного рогатого скота, свиней и животных других видов.

Лимитирующим фактором является не только излишне высокая, но и излишне низкая температура окружающей среды.

По характеру реакции на низкие температуры растения подразделяют на холодостойкие и морозоустойчивые. К группе холодостойких относят растения, устойчивые к низким температурам, вплоть до 0 °С. Виды растений, способные без особых повреждений переносить отрицательные температуры, называют морозоустойчивыми. Холодостойкими и морозоустойчивыми являются многие виды многолетних растений. Так, древесные породы отличаются более высокой морозоустойчивостью, чем озимые злаки. Но и многолетние растения во время зимовки могут повреждаться и даже погибать. Холодостойкость и морозоустойчивость — это такие свойства растений, которые могут резко меняться в зависимости от многих внешних и внутренних факторов. Например, устойчивость древесных растений к холоду резко повышается в период их роста. Ростовые процессы значительно снижают устойчивость перезимовавших растений к весенним заморозкам. Чувствительны к заморозкам генеративные органы: у плодовых — пестики, у злаковых — тычинки.

Повышение холодостойкости и морозоустойчивости культивируемых растений — одна из актуальных проблем сельскохозяйственной экологии. Для повышения устойчивости растений к низким температурам проводят различные мероприятия. Морозоустойчивость плодовых деревьев и озимых культур повышается при оптимизации водного режима почв. Разрабатывают разные методы «приучения» растений к холоду. Один из них — закаливание набухших семян и рассады при низкой температуре, не вызывающей повреждений живых тканей. В молодом возрасте растения более пластичны, легче приспосабливаются к перепадам температуры окружающей среды. Много внимания уделяют выведению холодостойких сортов растений. Выведены сорта винограда, плодоносящие в Подмосковье, томата — растущие на севере. В пригородах Владивостока, Хабаровска, Комсомольска-на-Амуре теперь растут абрикосы. Создаются холодостойкие сорта сои, кукурузы.

Среди животных, как и среди растений, есть теплолюбивые и холодолюбивые виды. С определенными оговорками к теплолюбивым можно отнести лам, верблюдов, к холодолюбивым — домашних северных оленей.

К холодам более чувствительны теплолюбы. У животных, подвергнутых воздействию холода, возникает защитная реакция по сохранению температуры тела путем уменьшения отдачи тепла через кожу. Животные горбятся, «съеживаются», а собаки и кошки свертываются в клубок, тем самым уменьшая площадь открытой поверхности тела. Теплопродукция усиливается в организме при сокращении мышц (дрожь).

Физиологические возможности теплорегуляции в организме животных небеспредельны. Длительное воздействие низких температур приводит к нарушению деятельности органов, снижению продуктивности и воспроизводительной способности животных. Уменьшается естественная резистентность организма, возникают различные заболевания. Особенно часто заболевают новорожденные телята, ягнята, поросята. У них появляются бронхиты, бронхопневмонии и другие простудные болезни. При длительном действии крайне низких температур происходит нарушение терморегуляции, развивается гипотермия, возникают параличи. Могут быть обморожения. В первую очередь отмораживаются уши, хвост, соски, мошонка, препуций, нижние части конечностей. При сильном расстройстве нервной регуляции и нарушении деятельности внутренних органов животные погибают.

Закаливание организма животных (холодный метод воспитания) на фоне хороших условий кормления и содержания молодняка крупного рогатого скота в ряде случаев дало хорошие результаты.

2.4.4. ВОДА

Вода широко распространена в мире. 2/з поверхности земного шара занимает Мировой океан, в котором, как считают, зародилась жизнь. Вода обладает свойствами, особо важными для жизни. Она —хороший растворитель; в ее состав входят минеральные соли, содержащие около 60 химических элементов, необходимых для жизнедеятельности организмов. В воде растворяются поступающие из воздуха кислород и диоксид углерода (С02), а это имеет важное значение для жизнедеятельности организмов. Физические свойства воды аномальны, поэтому ее называют самой удивительной жидкостью на свете. У нее широкий спектр плотностей. При охлаждении плотность воды, как и других веществ, вначале увеличивается, но до определенного предела — до 4 °С. Дальнейшее охлаждение воды с 4 до О °С сопровождается парадоксальным феноменом — не повышением, а уменьшением ее плотности. В отличие от других веществ вода при замерзании не уплотняется, а расширяется. При 4 °С плотность воды максимальна и приблизительно равна 1 (точнее — 0,9999), а при замерзании (0 °С) объем ее скачкообразно увеличивается на 10 % и плотность уменьшается до 0,9168. Поэтому лед легче, чем жидкая вода. Если бы вода не обладала этим чрезвычайно редким свойством, то лед, едва появившись на поверхности водоема, тут же погружался бы на дно. Не только болота, озера и реки, но и полярные океаны промерзли бы насквозь и населяющие их организмы погибли. При температуре воды ниже 0 °С водоем покрывается слоем льда. Ледяной покров предохраняет водную толщу от дальнейшего охлаждения и промерзания, способствуя тем самым сохранению условий для жизни организмов, населяющих водоем.

Вода — необходимый составной компонент организмов растений и животных. На ее долю приходится в среднем 60—90 % живого вещества. В разных органах и тканях содержание воды неодинаково. Особенно велики различия в содержании воды в органах и тканях животных. Так, в костях содержится приблизительно 22 % воды, в мышцах — 70—80, в крови — около 90 %. В эмали зубов воды содержится очень мало —всего 0,2%, а в слюне — очень много —около 100%. Наряду с разнообразными химическими соединениями вода составляет основу протоплазмы клеток растительных и животных организмов. Она принимает активное участие и в обмене веществ между организмом и окружающей его средой.

В процессе жизнедеятельности растения и животные потребляют громадное количество воды. Они ее частично используют для синтеза живого вещества своих тел, а большую часть выделяют в окружающую среду. Подсчитано, что 1 га кукурузы за вегетационный период потребляет около 3 млн 600 тыс. л воды. На синтез фитомассы используется ничтожная часть ее — всего 0,5— 1 %. Остальная вода испаряется, т. е. поступает в окружающую среду. Подобное отмечают в использовании воды животными. Так, одна корова в течение пяти лет потребляет приблизительно 90 000—100 000 л воды. На синтез органических веществ своего тела используется менее 1 % потребленной воды. Следовательно, почти вся вода, прошедшая через организм животного, выделяется во внешнюю среду.

Экологические потребности в воде разных видов растений и животных неодинаковы. По характеру потребностей организма во влаге (воде) растения подразделяют на четыре группы: гидрофиты, гигрофиты, мезофиты и ксерофиты.

К гидрофитам относят растения, живущие в водной среде. Их тела частично или полностью погружены в воду (кувшинка, ряска и Др.). Из культивируемых растений-гидрофитов следует отметить хлореллу, выращиваемую в специальных искусственных водных экосистемах. Микроскопическая водоросль пресноводного планктона (зеленушка) привлекает внимание большой фотосинтети-ческой способностью. Хлорелла использует до 12 % световой энергии. Урожай ее чрезвычайно высок, он может составлять за пять месяцев 15 т сухого вещества с 1 га. При круглогодичном возделывании урожай хлореллы может превышать урожай пшеницы в 25 раз, картофеля — в 10 раз. Хлореллу нередко выращивают в животноводческих помещениях и используют в качестве витаминноминеральной добавки при балансировании рационов кормления животных.

В водной среде живут не только гидрофиты. В определенных условиях онтогенеза в водных растворах минеральных солей могут расти и развиваться растения-гигрофиты и мезофиты. Примером служит выращивание зелени гидропонным методом, т. е. без почвы, на водных растворах химически чистых солей и других искусственных средах. Гидропонным способом выращивают кукурузу, овес, ячмень, вику, горох, чину, сою, овощные культуры. Полученную фитомассу используют обычно в качестве витаминной добавки при кормлении сельскохозяйственных животных.

Гигрофиты — влаголюбивые растения, растущие на обильно увлажненных землях (заливные луга и др.). К ним относятся осоки, многие злаки, из культурных растений — рис.

Ксерофиты — растения, произрастающие в регионах с засушливым климатом (сухие степи, полупустыни, пустыни). Из диких растений к ним можно отнести ковыль, типчак, верблюжью колючку, из культурных — некоторые сорта пшеницы, ячменя, сорго, суданки, из плодовых культур — миндаль, маслины и др.

Мезофиты — растения, произрастающие в местообитаниях с достаточным, но неизбыточным увлажнением. По потребности во влаге мезофиты занимают промежуточное положение между гигрофитами и ксерофитами. Часть мезофитов — многолетники, к ним относятся многие корневищные и дерновинные растения. Ползучие корневища имеют луговые мезофильные злаки (мятлик луговой, полевица гигантская), многолетние двудольные травы (чина луговая, клевер ползучий). Дерновинные мезофиты особенно часто встречаются среди луговых злаков. Большинство сельскохозяйственных культур — более или менее типичные мезофиты.

Классификация растений по их потребности в воде весьма условна, так как количество необходимой растениям влаги может резко меняться в зависимости от стадии онтогенеза и многих других условий. Один и тот же вид в одних условиях проявляет свойства гидрофита, в других — гигрофита, в третьих — мезофита. Например, кукуруза в обычных полевых условиях — типичный мезофит, при выращивании гидропонным методом обнаруживает признаки гидрофита.

Экологические потребности животных в воде (влаге) также неодинаковы. Одни виды животных приспособлены к влажному климату (буйволы), другие — к сухому (верблюды). Крупный рогатый скот относят к мезофилам — организмам, предпочитающим средние условия увлажнения среды.

В процессе круговорота вода пребывает то в форме жидкости, то в форме пара, то в форме снега или льда. Любая фаза воды (жидкая, газообразная, твердая) — это экологический фактор, влияющий на организм, популяцию, фитоценоз, зооценоз, на сообщество взаимосвязанных растений и животных.

Немаловажное экологическое значение имеет парообразная вода. Она определяет влажность воздуха. В разных регионах Земли влажность воздуха неодинакова. В тропических лесах с большим количеством атмосферных осадков влажность воздуха высокая, а в полупустынях и пустынях с незначительным количеством осадков, наоборот, низкая. Так, в устье реки Амазонки среднегодовая относительная влажность воздуха 89 %, а в пустынях она 20 % и менее. В Нукусе на Амударье зарегистрирована относительная влажность, составляющая всего 5 %.

Биологическое значение воды в жидкой фазе исключительно велико. Воду потребляют и растения, и животные. Недостаток воды оказывает на организмы угнетающее действие. Лимитирующее влияние дефицита воды проявляется особенно резко при низкой влажности воздуха.

Водное голодание приводит к нарушению обмена веществ, снижению интенсивности фотосинтеза, замедлению темпов роста и развития растений. К дефициту атмосферной и почвенной влаги растения особенно чувствительны в критические периоды их роста и развития. У хлебных злаков критический период длится от фазы выхода в трубку до цветения. К дефициту почвенной влаги пшеница наиболее чувствительна за 5—7 дней до колошения, т. е. во время образования генеративных органов, когда организму требуется особенно много воды. Если водное голодание выражено резко и продолжается в течение длительного времени, растения погибают.

Неурожаи чаще всего являются следствием засухи. При воздушной засухе, сопровождающейся высокой температурой, у колосовых нарушаются оплодотворение, образование полноценных зерновок в колосе. Формируются мелкие щуплые зерна, а в отдельных колосьях они вовсе не образуются. Возникает заболевание — пустоколосица.

Засухи — явление частое во многих регионах. Поэтому в местах, подверженных засухам, проблема получения высоких и устойчивых Урожаев особенно актуальна.

Мероприятия по предупреждению негативных последствий засух в растениеводстве имеют обычно комплексный характер. Проводят полив полей, садов, огородов, культурных пастбищ (орошаемое земледелие). Наряду с этим ведут дальнейшую работу по созданию засухоустойчивых сортов сельскохозяйственных культур; выведены засухоустойчивые сорта пшеницы, персика, абрикоса, груши, яблони и других видов культурных растений.

Дефицит воды — лимитирующий фактор не только для растений, но и для животных. При недостатке питьевой воды у животных, особенно у молодняка, их рост и развитие задерживаются. Снижается молочная продуктивность лактирующих коров. Развивается обезвоживание организма, кровь сгущается, нарушается водно-солевой обмен.

При потере животным 10 % воды у него появляются общая слабость, вялость. Аппетит снижается и даже подавляется, а жажда усиливается. Слизистые оболочки глаз, губ и рта становятся менее влажными («подсыхают»). Глубокие необратимые нарушения в деятельности органов и систем, приводящие к смертельному исходу, происходят при потере организмом 20 % воды. Животные, лишенные воды, гибнут быстро — через 4—8 сут.

Своевременная дача животным достаточного количества питьевой воды восстанавливает водный баланс в организме, нормализует деятельность органов и систем. Соблюдение разработанного зоогигиенистами режима поения обеспечивает оптимальный рост и развитие молодняка, высокую продуктивность и воспроизводительную способность животных.

Не только недостаток, но и избыток воды в среде негативно влияет на рост и развитие, биологическую продуктивность и воспроизводительную способность многих видов растений и животных.

Повышенная влажность воздуха может стать причиной нарушений роста и развития растений. В условиях повышенной влажности формирующиеся семена насыщаются водой, их оболочка лопается, на поверхность выступает сладковатая жидкость. В основе этого процесса лежит нарушение ферментативной деятельности в клетках зерновки: вместо синтеза запасных продуктов идет их гидролиз, накапливаются сахара, повышается осмотическое давление клеточного сока.

Избыточное увлажнение почвы отрицательно сказывается на росте и развитии мезофитов — они выпадают из травостоя и замещаются гигрофитами.

На избыток воды в среде животные реагируют иначе. Они избыточного количества воды обычно не принимают (за исключением случаев заболеваний, сопровождающихся повышенной жаждой). Поэтому о вредном влиянии на животных избыточно выпитой воды говорить не приходится. Однако избыток парообразной воды в воздухе довольно сильно действует на состояние животных. Высокая влажность воздуха негативно влияет на крупный рогатый скот и на животных других видов. В коровниках и телятниках, свинарниках и птичниках, в других закрытых животноводческих помещениях повышение влажности воздуха отмечают довольно часто. Причины этого явления разные. Одна из них — выделение водяного пара животными (с поверхности тела и с выдыхаемым воздухом, с фекалиями и мочой).

При излишне высокой влажности воздуха у животных нарушается водный обмен, так как испаряемость влаги с поверхности тела затормаживается. Изменяются процессы, связанные с теплоотдачей. Повышенная влажность воздуха в сочетании с высокой температурой среды замедляет теплоотдачу и вызывает перегревание организма. Нарушение теплоотдачи у животных наблюдают и при низкой температуре, так как теплоемкость влажного воздуха выражена в большей мере, чем сухого. Поэтому холодный влажный воздух поглощает с поверхности тела больше тепла, чем при обычных, оптимальных условиях среды. Таким образом, повышенная влажность воздуха приводит к нарушению теплорегуляции в организме животных. Под влиянием высокой влажности воздуха в деятельности систем органов дыхания и кровообращения происходят неблагоприятные изменения. Высокая влажность воздуха способствует возникновению болезней кожи (экзема и др.).

Успешное развитие животноводства предполагает улучшение микроклимата животноводческих помещений и регуляцию процессов, связанных с рациональным поением животных.

2.4.5. ГАЗОВЫЙ СОСТАВ ВОЗДУХА

Воздух состоит из азота (около 78 объемных процентов), кислорода (около 21 %), аргона (около 1 %), диоксида углерода (0,03 %). Из всех газов, составляющих атмосферу, наибольший экологический интерес представляют кислород и диоксид углерода (С02). Концентрация этих газов в воздухе отличается большой стабильностью, что связано с особенностями функционирования биосферы. В процессе синтеза и распада органического вещества биосфера производит кислорода и диоксида углерода ровно столько, сколько расходует. Приход-расход 02 и С02 в экосистемах более или менее сбалансирован, эволюционно отрегулирован.

Однако в последние годы картина существенно меняется. Под влиянием хозяйственной деятельности человека содержание диоксида углерода увеличивается. Это связано главным образом с сжиганием топлива. Окисление углерода сопровождается потреблением свободного кислорода. Расход кислорода растет из года в год. В некоторых странах, например в США, кислорода расходуется больше, чем его производится при фотосинтезе растительностью. Угроза Уменьшения содержания кислорода в атмосфере, как полагают, может превратиться в реальность.

Слишком низкие, как и слишком высокие концентрации кислорода и диоксида углерода, отрицательно влияют на организм расте-"*®й и животных. Однако обычно в природной среде изменения концентрации кислорода и диоксида углерода не достигают величин, губительно влияющих на организмы. Это можно наблюдать лишь в искусственных экологических системах, например на животноводческих фермах и комплексах. Здесь концентрация диоксида углерода может возрастать довольно сильно. Основной источник диоксида углерода, негативно изменяющего газовый состав воздушной среды животноводческих помещений, — выдыхаемый животными воздух.

Высокая концентрация С02 в воздухе животноводческого помещения вредно влияет на животных. Вдыхание воздуха, загрязненного диоксидом углерода, приводит к учащению дыхательных движений и сердечных сокращений. Окислительно-восстановительные процессы в организме нарушаются. У животных появляются признаки отравления.

В редких случаях в закрытых животноводческих помещениях происходит резкое снижение концентрации кислорода и у животных развивается кислородное голодание.

Во многих регионах земного шара произошло изменение газового состава атмосферного воздуха в результате его загрязнения химическими веществами — отбросами промышленных производств. Веществ, загрязняющих атмосферу, более трех тысяч. Наиболее часто и сильно атмосфера загрязняется сернистым ангидридом, оксидами азота, оксидом углерода и др. Под влиянием ядовитых химических соединений у растений и животных повреждаются органы и ткани, возникают болезни.

У растений под воздействием загрязненного воздуха ослабляется фотосинтез, желтеют и опадают листья, нарушается газообмен, подавляются рост, цветение и плодоношение. Зарегистрированы случаи сильных повреждений картофеля, кукурузы, томата, сои, арахиса, фасоли, люцерны, апельсинов, винограда и других видов культивируемых растений.

Загрязнение воздушной среды пестицидами может быть причиной вспышек ятрогенных болезней растений. Ятрогенными называют инфекционные болезни растений, вызванные применением пестицидов (даже в тех случаях, когда соблюдаются дозы и сроки обработки полей, садов и огородов). Примером ятрогенной болезни может служить мучнистая роса винограда — грибное заболевание, возникающее после опрыскивания виноградных плантаций цине-бом. Ятрогенные болезни, как и другие «болезни цивилизации» возделываемых растений, регистрируют все чаще.

Под влиянием загрязненного атмосферного воздуха у животных отмечается раздражение слизистых оболочек глаз, губ, дыхательных путей. Оседая на слизистой оболочке воздухоносной трубки и в легочной ткани, ядовитые химические соединения вызывают воспаление носа, гортани, бронхов, легких. Пестициды могут стать причиной нарушений обмена веществ, расстройств деятельности внутренних органов, интоксикации организма. У домашних животных (собак и кошек), содержащихся в квартирах, зарегистрированы случаи отравления угарным газом (оксидом углерода).

Охрана растений, животных (и людей) от вредного влияния загрязненного химическими веществами атмосферного воздуха — сложная экологическая проблема. Ее пытаются решать специалисты разных профилей. Проводятся мероприятия по охране атмосферного воздуха и очистке газообразных отходов промышленных предприятий. Большое внимание уделяют совершенствованию очистных сооружений. Создают предприятия, работающие по принципу безотходных производств.

2.4.6. ДВИЖЕНИЕ ВОЗДУХА

Условия жизни наземных растений и животных во многом определяются характером циркуляции воздушных масс. Воздух может перемещаться горизонтально, вертикально, принимать самые разнообразные направления движения в зависимости от рельефа местности, лесных массивов, населенных пунктов и т. д. Воздушные течения могут перемещаться параллельно, сходиться и расходиться, приобретать круговые движения, завихряться.

Во многих регионах Земли формируются характерные местные ветры, среди них широко распространены муссоны, изменяющие свое направление 2 раза в год. Летом они дуют с океана на сушу, а зимой, наоборот, с суши в сторону океана. Муссоны обусловлены разностью атмосферного давления из-за неодинакового нагрева суши и океана в летнее и зимнее время. Ветры, дующие ночью с суши на море, а днем в обратном направлении, получили название бриз. Ветер может принимать характер шквала. Шквальный ветер характеризуется сильными порывами, частыми изменениями направления движения воздушных масс. Иногда возникают смерчи — локальные восходящие вихри, встречаются и другие формы ветров (фен — горный ветер и т. д.).

Скорость ветра бывает самой разной. Она может существенно изменяться под влиянием природных или искусственных препятствий потокам воздуха: лесов, зданий и т. д. Сомкнутые лесные сообщества слабо проницаемы для ветра. У лесной подстилки скорость ветра составляет 8—12 % установившейся над лесом. На возделываемых полях скорость ветра зависит от высоты культивируемых растений. На посевах зерновых культур зона сильного снижения скорости ветра составляет до 1 м от поверхности почвы, а на свекольном поле значительно меньше — 20—30 см. В местах обитания сельскохозяйственных животных — пастбищах, кардах (базах), скотных дворах, животноводческих фермах и комплексах — скорость движения воздуха колеблется очень сильно. На пастбищах она приблизительно такая же, как на лугах, полях, в степях. На кардах она обычно ниже, а в закрытых животноводческих помещениях еще меньше. Скорость движения воздуха на фермах и комплексах во многом зависит от функционирования вентиляционных устройств, открывания и закрывания дверей и окон, щелис-тости стен и потолков, от температуры внешней среды и ряда других факторов. Зоогигиенистами установлено, что в зимний период в закрытых животноводческих помещениях воздух движется со скоростью от 0,05 до 0,30 м/с. В менее холодное осеннее и весеннее, а тем более в теплое летнее время года скорость движения воздуха еще меньше.

Движущийся воздух — важный экологический фактор. Он активно влияет на жизнедеятельность, биологическую продуктивность и воспроизводительную способность растений и животных. На растительные и животные организмы ветер может воздействовать как положительно, так и отрицательно.

Умеренное по силе и скорости движение воздушных масс способствует интенсификации фотосинтеза, ускоряет рост и развитие растений. Многие виды растений, в том числе культурные (рожь, кукуруза и др.), опыляются с помощью ветра. У ветроопыляемых растений пыльцы много, и она сухая. Опыление с помощью ветра — анемогамия — чаще наблюдается в местах с бедной растительностью, главным образом на севере. Ветер помогает распространению семян и плодов растений-анемохоров. В процессе эволюции анемохоры приобрели хохолки, крылатки, другие приспособления, содействующие их распространению с помощью ветра. Растения под названием «перекати-поле» (кер-мек, курай, синеголовник полевой, мхи) отрываются ветром от грунта, катятся вдаль и по пути своего движения рассеивают семена.

На жизнедеятельность растений ветер может влиять и негативно, что проявляется в разных формах. Так, сильные ветры могут вызывать полегание хлебов. У зерновых, например у ржи, чувствительность к полеганию повышается при густом стеблестое, когда механическая ткань в стеблях растений развита недостаточно. Сильный ветер отрицательно воздействует на орошаемые поля: сносит влагу искусственного дождя, усиливает испарение. При скорости ветра 35—36 км/ч потери влаги от испарения могут достигать 40 %. Особенно большой вред посевам причиняют суховеи. Под влиянием сильного сухого ветра растения засыхают, угнетается формирование колоса зерновых хлебов. Озерненность уменьшается, зерно становится мелким и щуплым. Ветер — причина ветровой эрозии почв. При обнажении корней растения заболевают и гибнут.

Ветер оказывает разное влияние и на животные организмы. Он может способствовать расселению стрекоз, пауков, повисших на нитях «бабьего лета», многих других видов. Ветер переносит запахи и, следовательно, может играть определяющую роль-в передаче экологической информации. С помощью воздушных течений животные получают информацию о местонахождении источников корма, половых партнеров, естественных врагов и т. д. Даже очень слабый ветер помогает комарам быстро определять места нахождения крупного рогатого скота, лошадей и других видов животных — объектов своего паразитирования.

Сильные ветры, например бури, неблагоприятно влияют как на животных, так и на места их обитания. Очень сильный ветер, обладая свойствами мощной механической силы, может стать причиной травм. Известны случаи массовой гибели сельскохозяйственных животных во время бурь, смерчей. Ветры — причина эрозии почв деградированных сухих пастбищ. Пыль, поднимаемая ветром, загрязняет пастбищную растительность, воздушную среду. Поедание загрязненного пастбищного корма может стать причиной нарушения пищеварения, снижения упитанности, продуктивности и воспроизводительной способности животных. У крупного рогатого скота возникают закупорка книжки, у лошадей — песочные колики. Вдыхание воздуха, загрязненного пылью, приводит к поражению дыхательных путей и легких — возникновению ларингита, бронхопневмонии и других болезней дыхательной системы животных.

Особенности влияния скорости движения воздушных масс на организм сельскохозяйственных животных зависят от температуры и влажности воздуха.

Исследования, проведенные в летнее время при температуре окружающей среды 31—32 °С, показали, что в загоне с вентилятором, где скорость движения воздуха составляла 1,6 м/с, прирост живой массы молодняка крупного рогатого скота был более 1 кг в сутки. В аналогичном контрольном загоне с естественной скоростью движения воздуха 0,2 м/с прирост живой массы контрольных животных равен всего лишь 600—700 г в сутки (Онегов).

При низких температурах и высокой влажности движение воздуха способствует усилению теплоотдачи и может стать причиной переохлаждения животных. Холодный сырой ветер — этиологический фактор простудных болезней, обморожений, ревматизма. Простудные болезни у животных появляются при сквозняках из-за открывания дверей и окон, дефектов стен и потолочных перекрытий (щели, дыры и т. д.). Сильные сухие ветры при высокой температуре воздуха вызывают обезвоживание организма, жажду, снижение аппетита, молочной и мясной продуктивности животных. Регуляции и оптимизации движения воздуха в животноводческих помещениях зоогигиенисты уделяют много внимания, так как это имеет важное значение в повышении продуктивности сельскохозяйственных животных и их охране от заболеваний.

Почва — биокосное природное тело, сформировавшееся в процессе взаимодействия живой и неживой природы. Она — продукт биогеоценоза и главный ее компонент. Почва — важнейший природный ресурс, так как обладает плодородием — способностью удовлетворять потребности растений в питательных веществах и, следовательно, обеспечивать рост, развитие и биологическую продуктивность (урожай) сельскохозяйственных культур. Плодородие почвы во многом зависит от ее химического состава. Плодородные почвы богаты гумусом, макро- и микроэлементами, необходимыми для развития фитоценозов. Из почв растения потребляют азот, фосфор, калий, кальций, магний, бор, кобальт и другие элементы минерального питания.

Среди химических элементов, используемых растениями для питания, особое место занимает азот — составной компонент белка. В растительных белках его содержится в среднем 16 %.

Источник азота для растений — нитраты и соли аммония. В почвенном покрове они образуются в процессе нитрификации и аммонификации. Азот атмосферы для растений недоступен, но тем не менее они его используют после фиксации живущими в почве азотфиксирующими микроорганизмами.

Для подкормки культурных растений широко применяют азот органических и минеральных удобрений (навоз, аммиачную селитру, синтетическую мочевину, сульфат аммония). Почвенный азот может служить для растения лимитирующим фактором, если его концентрация слишком низкая или, наоборот, слишком высокая.

В условиях дефицита азота у растений, особенно у хлебных злаков, развиваются признаки азотного голодания (листья мелкие, стебли тонкие и др.).

При избыточном содержании азота в почве затягиваются сроки цветения и созревания зерна у пшеницы, ржи и других важнейших зерновых культур. Если избыток азота в почве сочетается с недостатком калия и фосфора, рост и развитие растений нарушаются, и снижается их устойчивость к заморозкам.

При усиленном азотном питании в тканях растений содержание нитратов возрастает. Нитраты и продукты их восстановления — нитриты — ядовиты для животных и человека. При поедании растений, содержащих избыточное количество нитратов (нитритов), у животных возникает отравление. Нитритно-нитратный токсикоз животных и человека — острая ветеринарно-медицинская и экологическая проблема.

Рост и развитие растений нарушаются при недостатке или избытке не только почвенного азота, но и других макро- и микроэлементов. При низкой или высокой концентрации подвижных макро- и микроэлементов в почве изменяется химический Состав рас-

тений. Кормовая ценность их для растительноядных животных, в том числе сельскохозяйственных млекопитающих и птиц, снижается. У животных и растений нарушается обмен веществ, снижаются продуктивность и воспроизводительная способность. Как у растений, так и у животных возникают эндемические болезни, связанные с дефицитом или избытком макро- и микроэлементов в среде. Например, при недостатке в почве кальция у растений отмечают признаки кальциевого голодания: листья желтеют, преждевременно отмирают, корни ослизняются, загнивают. В тех же биогеохими-ческих зонах отмечают заболевание животных, характеризующееся нарушением обмена кальция и поражением костной системы. Кости размягчаются, искривляются, становятся хрупкими, ломкими, а некоторые из них, например последние хвостовые позвонки, рассасываются и исчезают.

При избытке в почвах кальция у растений могут развиваться хлорозы и некрозы, а у животных — признаки поражения костей (остеодистрофия). При высоких концентрациях никеля в почвах на листьях томата появляются некротические пятна. В тех же биогеохими-ческих зонах у животных регистрируют заболевание, характеризующееся глубокими патологическими изменениями тканей кожи (никелевый дерматит).

В биогеохимических зонах с дефицитом в почвах меди у растений возникают болезнь обработки (у хлебных злаков), экзантема (у цитрусовых), суховершинность (у розоцветных плодовых). В тех же ландшафтах у сельскохозяйственных животных развивается заболевание гипокупроз, характеризующееся поражением костей, развитием малокровия. У ягнят заболевание отличается глубоким поражением тканей головного мозга (энзоотическая атаксия).

Негативные геохимические изменения в биогеоценозах и связанное с этим ухудшение условий обитания растений и животных отмечены при резко выраженной эрозии почв. При ветровой и водной эрозиях происходит разрушение почв с потерей гумуса и элементов минерального питания растений. Плодородие почв снижается. Наблюдаются антропогенные биогеохимические аномалии, характеризующиеся уменьшением макро- и микроэлементов в среде.

Например, при цинковой недостаточности у кукурузы отмечают побеление верхушки, у цитрусовых — мозаичность, у плодовых растений — розеточность. В тех же регионах у сельскохозяйственных животных, в частности у свиней и крупного рогатого скота, возникает заболевание паракератоз. Характерная его черта — глубокие специфические патологические изменения эпителиальной ткани кожи и слизистых оболочек.

Другая причина изменения геохимии почв — загрязнение биогеоценозов химическими веществами. Например, при загрязнении среды фтором у яблонь, груш и других видов растений отмирают листья, у животных поражаются зубы (флюороз).

Оптимизация биогеохимии почв — одно из необходимых условий успешного развития растениеводства и животноводства. В почвы, обедненные макро- и микроэлементами, вносят удобрения. Проводят противоэрозионные мероприятия. Большое значение имеет охрана почв от загрязнений (Тюльпанов).

2.4.8. ОРГАНИЗМЫ

Любой растительный или животный организм — не только компонент биогеоценоза. Оказывая влияние на другие организмы, он становится экологическим фактором. Организм, испытывающий влияние окружающих его растений и животных, — объект экосистемы. Растения и животные, воздействующие на этот объект, — биотические экологические факторы. Взаимосвязи между организмами могут складываться по-разному. Характер взаимоотношений между ними определяет эффект воздействия биотического фактора на тот или иной живой объект экосистемы, т. е. на то или иное растение или животное.

В Жизнедеятельности растений и животных большую роль играют внутрипопуляционные и межпопуляционные (внутривидовые) взаимоотношения. Взаимоотношения между организмами одного вида вызывают у них гомотипические реакции в виде положительных и отрицательных взаимодействий. Положительные взаимодействия проявляются в форме группового эффекта, отрицательные — в форме конкуренции.

Термином «групповой эффект» обозначают две формы популяционных изменений: улучшение условий роста и развития животных при объединении их в группы; принцип минимального размера популяций.

Групповой эффект четко проявляется в популяциях многих видов диких животных. Но его наблюдают и у сельскохозяйственных животных, особенно у пушных зверей, в частности соболят. Соболята, отнятые от матки и отсаженные в отдельные клетки по одному, часто заболевают (болезнь самопогрызание). Это можно предупредить, если их размещать в клетках не по одному, а парами или группами.

Принцип минимального размера популяции отражает биологоэкологическую роль численности особей, составляющих группу. Популяция не сможет выжить, если ее численность ниже критического уровня. Так, стадо северных оленей должно иметь не менее 300—400 особей, иначе оно вымрет.

Термином «конкуренция» обозначают антагонистические отношения между особями в их борьбе за жизненно необходимые ресурсы (свет, пищу, пространство и др.). Конкурентные взаимоотношения могут резко обостриться при увеличении плотности популяций. *

В результате конкуренции снижается рост и замедляется развитие растений, некоторые из них вымирают. Повышенная гибель, связанная с увеличением плотности популяций, отмечена у моркови, свеклы и других видов культивируемых растений.

Увеличение плотности популяций животных сопровождается стрессом. Снижается воспроизводительная способность животных. Возникает энзоотия бесплодия, которую рассматривают как защитную функцию популяции, предотвращающую перенаселенность биотопа. Массовые случаи популяционного бесплодия отмечены при концентрации большого поголовья крупного рогатого скота, свиней и овец в животноводческих комплексах промышленного типа (Ахмадеев).

При взаимодействии организмов разных видов проявляются гетеротипические реакции в форме конкуренции, сотрудничества, комменсализма, мутуализма, амменсализма, хищничества и паразитизма.

Межвидовая конкуренция растений и животных давно привлекает внимание ученых и практиков. Изучению конкуренции между культурными и сорными растениями посвящено много работ. Н. Е. Воробьев провел специальные исследования по изучению конкуренции между кукурузой и горчицей полевой. Выявлено, что в конкурентной борьбе за влагу победителем часто оказывается не кукуруза, а горчица полевая. Межвидовую конкуренцию отмечают и у сельскохозяйственных животных. Межвидовую конкурентную борьбу за ресурсы пастбищного корма можно наблюдать при выпасе стад крупного рогатого скота, овец, коз и животных других видов.

Сотрудничество (протокооперация) — форма биотических взаимоотношений между животными разных видов, наблюдаемая не только в дикой природе, но и в сельскохозяйственных экосистемах. Примером протокооперации, созданной человеком, может служить сообщество (стадо) овец, ведомое козлом-вожаком или охраняемое собакой-пастухом.

Комменсализм — форма межвидовых взаимоотношений, при которой один вид извлекает пользу, а другой — нет. Отмечены случаи

Йатонального использования комменсализма в животноводстве.

апример, лактирующих собак используют в качестве кормилиц для лисят, новорожденных животных других видов и даже для цыплят. Молоко коровы используют при подкормке ягнят.

Мутуализм (симбиоз) — форма межвидовых биотических взаимодействий, при которых организмы взаимосвязанных видов извлекают пользу. Примеров мутуализма много. Один из них — микориза — симбиоз растений и гриба. При взаимодействии с живыми тканями корневой системы грибы формируют «органы», повышающие способность растения извлекать из почвы элементы Минерального питания. Грибы, в свою очередь, используют продукты фотосинтеза растений. Микориза формируется у многих видов высших растений, в том числе культурных и сорных. Другой пример мутуализма — взаимодействие цветковых растений с жи-вотными-опылителями: насекомыми, птицами, летучими мышами идр. Посещая цветы, например, пчелы или шмели переносят пыльцу с пыльника на рыльце и способствуют оплодотворению растений. При опылении пользу извлекают не только растения, но и животные-опылители. От опыляемых растений они получают пищу (нектар идр.).

Симбиотические взаимоотношения складываются между животными и многими видами микрофлоры и микрофауны, населяющими их желудочно-кишечный тракт. В рубце крупного рогатого скота, овец, коз обитает большое количество микробов, грибов, инфузорий и других представителей микрофлоры и микрофауны. В содержимом рубца они находят себе пищу и другие ресурсы для их роста, развития и размножения. Обитатели рубца, в свою очередь, играют важную роль в процессах пищеварения и обмена веществ в организме животных. Микрофлора и микрофауна, имеющиеся в рубце, — продуцент витаминов и других питательных веществ, необходимых для жизнедеятельности животных.

Мутуалистом всех видов возделываемых растений и животных является человек. Мутуализм как форма межвидовых взаимоотношений между человеком, с одной стороны, культивируемыми растениями и сельскохозяйственными (домашними) животными — с другой, поражает своей масштабностью. Благодаря ему широко распространены окультуривание растений (пшеницы, ячменя, овса, кукурузы, риса) и одомашнивание животных (лошадей и крупного рогатого скота, овец, свиней, кур). Польза, получаемая культурными растениями и домашними животными от человека, очевидна. Она состоит в том, что человек создает для растений и животных необходимые условия жизнеобеспечения. В то же время растения и животные являются для него основными производителями растительной и животной пищи, других продуктов, используемых в народном хозяйстве.

Амменсализм — форма межвидовых взаимоотношений, когда один вид (ингибитор) растений подавляет рост другого (амменса-ла). Например, малина подавляет рост облепихи. Грецкий орех губительно влияет на яблоню. Учет амменсала в полеводстве, садоводстве и огородничестве необходим. Не рекомендуют сажать картофель между яблонями и облепихой. Между кустами облепихи нельзя проводить посадку помидоров и баклажанов.

Хищничество — форма межвидовых взаимодействий, когда одно животное (агрессор) поедает другое (жертву). Пример хищничества в животноводстве — пожирание волками овец и животных других видов. Куры нередко являются жертвами лис, ястребов.

Паразитизм — форма межвидовых взаимодействий, при которых один вид (паразит) ведет паразитический образ жйзни на (в) теле другого (хозяина). Хозяин (растение или животное) — источник питания и место обитания для паразита. Паразитизм имеет много общего с хищничеством, так как в обоих случаях межвидовые взаимоотношения носят антагонистический характер — один организм питается за счет другого. Но между хищничеством и паразитизмом отмечены существенные различия. В первом случае потребитель пищи (корма) больше пищевого объекта, во втором, наоборот, паразит меньше хозяина. Паразитический образ жизни ведут вирусы, микоплазмы, бактерии, грибы, гельминты, клещи, насекомые и т. д. Паразиты нередко патогенны; они могут вызывать массовые болезни растений и животных.

В природных биоценозах в процессе длительной эволюции сложилось экологическое равновесие, препятствующее возникновению эпифитотий и эпизоотий.

Биологическое равновесие в системе паразит — хозяин — необходимое условие длительного, теоретически вечного существования биоценозов и сохранения их видового разнообразия. Если бы паразиты уничтожили своих хозяев, то они лишились бы своего места обитания и источника пищи. Гибель хозяев неизбежно привела бы к вымиранию паразитов. Однако паразиты могут влиять на хозяев и позитивно. Так, паразитирование пиявок на рыбах Приводит к повышению эффективности использования хозяином корма. При взаимодействии паразит — хозяин паразитизм благоприятно влияет на популяции и паразита, и хозяина.

Иная картина в аграрных ландшафтах. Экологическое равновесие в них часто нарушается, и паразитизм как биотический фактор может губительно влиять на растениеводство и животноводство. Человек, сам того не сознавая, создал благоприятные условия для роста, развития и размножения многих видов паразитов, нарушил экологическое равновесие в системе паразит — хозяин и способствовал возникновению массовых болезней растений и животных.

Причин, обусловливающих бурное развитие и размножение возбудителей болезней и вредителей растений, много. Одна из них — в разрушении эволюционно сложившихся сообществ и обеднении их видового состава. Преобразуя природные ландшафты в аграрные, человек уничтожает естественную флору и фауну, создает местообитание и свободную экологическую нишу для культивируемых растений и их симбионтов. В том же биогеоценозе нередко формируются благоприятные местообитания и открываются свободные экологические ниши для возбудителей болезней (патогенов), сельскохозяйственных культур и их конкурентов — сорняков. Выпадение из биоценоза одних видов создает благоприятные условия для роста, развития и размножения других, в том числе вредоносных и болезнетворных для возделываемых растений. Так, корневая гниль — грибное заболевание растений — в природных биогеоценозах встречается'.редко, в аграрных — широко распространена. Поэтому говорят, что корневая гниль — заболевание растений, вызываемое грибами пахотных земель.

На целине зерновая совка не причиняет большого вреда диким злаковым травам. Но после посева пшеницы ее численность сильно возрастает и она становится одним из опасных вредителей (Мет-лицкий, Озерецковская, 1985).

Другая причина негативных изменений в системе паразит — хозяин — сортовая унификация семян культурных растений, предназначенных для посева. При унификации агротехники, методов посева культур, уборки, хранения и переработки урожая предпочтение отдается определенному сорту растений. Но устойчивость любого сорта к возбудителю болезни относительна. Возбудитель болезни рано или поздно преодолевает устойчивость растения к его патогенному воздействию. Иммунитет растения патогеном преодолевается, и возникает массовое заболевание — эпи-фитотия. Устойчивость культурных растений того или иного сорта к грибному заболеванию — стеблевой ржавчине — обычно не превышает пяти лет.

Еще одна причина возникновения эпифитотий — повышение пищевой ценности культурных растений как звена трофической цепи. С помощью агротехнических приемов, селекции и семеноводства, других методов проводят мероприятия по улучшению пищевых качеств растений. Например, выведены сорта злаковых растений с высоким содержанием аминокислот, в том числе незаменимых (в частности, лизина). Но все, что полезно для человека и животных, не менее полезно и для возбудителей болезней, и для вредителей растений. Растения с высокими пищевыми качествами обеспечивают паразитов-патогенов-вредителей полноценной высококалорийной пищей (кормом). В агроценозе вредители и возбудители болезней растений находятся в условиях изобилия высококачественной пищи. Энергетические затраты паразитов на добывание пищи, удовлетворение потребностей организма в питательных веществах, минеральных солях и витаминах значительно ниже, чем в дикой природе. Условия для роста, развития и размножения паразитов улучшаются, биологическое равновесие в системе паразит — хозяин смещается в пользу патогена.

Подобная картина наблюдается в животноводстве. Сельскохозяйственные животные по сравнению со своими дикими предками и сородичами более восприимчивы к заболеваниям. В животноводстве, как и в растениеводстве, нарушено экологическое равновесие паразит — хозяин. Патогенные вирусы, микоплазмы, бактерии и другие виды паразитов, занесенных на животноводческие фермы и комплексы, находят особо благоприятные условия для размножения и распространения в популяции животных-хозяев. Могут возникнуть эпизоотии, сопровождающиеся высокой заболеваемостью и смертностью.

Существуют разные точки зрения о методах защиты культурных растений и сельскохозяйственных животных от заболеваний. Но ясно, что интенсификация, специализация и концентрация сельскохозяйственного производства создают одновременно и более благоприятные условия для развития возбудителей болезней растений и животных и, следовательно, для возникновения эпифи-тотий и эпизоотий.

Борьба с эпизоотиями и эпифитотиями не может успешно осуществляться без широкого использования современных достижений сельскохозяйственной экологии. Агрономы и фитопатологи, животноводы и ветеринары должны иметь профессиональную и экологическую подготовку.

2.4.9. ИНФОРМАЦИЯ

Термин «информация» обозначает сообщение, содержащее какие-то сведения. Она передается в форме оптических, звуковых, химических и иных сигналов. Источники информации — растения, животные, протекающие в них процессы, объекты и явления, окружающие их.

В зависимости от места появленияй путей передачи биологическую информацию подразделяют на внутриорганизменную (внутреннюю) и экстраорганизменную (внешнюю, или экологическую).

Внутренняя информация проявляется в виде разнообразных сигналов, отражающих взаимоотношения между клеточными элементами, тканями, органами растительного и животного организмов. Она отражает перенос наследственного материала от материнских клеток дочерним (генетическая информация) и другие процессы, протекающие в организмах растений и животных. У высших животных, в том числе сельскохозяйственных, важную роль играет внутренняя информация в форме нервных импульсов, передающихся от периферии организма к центру (головному мозгу), от центра к периферии, от одного органа к другому и т. д.

Экологическая информация влияет на организм извне, из окружающей среды. Информация как экологический фактор весьма своеобразна, так как передача сигналов осуществляется без значительных, а в некоторых случаях без всяких вещественных и энергетических затрат. Особенность информации можно продемонстрировать на примере восприятия растениями и животными биогеоценотических факторов. Факторы биогеоценоза (БГЦ), по Н. В. Дылису, не привносят веществ и энергии, однако они могут -оказывать сильное влияние на живую и неживую природу. Информация в форме чередования дня и ночи, характерности рельефа, гравитации или температуры внешней среды, по существу, является экологическим фактором, влияющим на организмы растений и животных.

Один из важнейших экологических факторов — магнитное поле Земли. Оно несет информацию организмам для их ориентации в пространстве. Магнитное поле используют рыбы при миграции из одного водоема в другой, птицы — при перелетах с севера на юг и наоборот и т. д.

Внешняя (экологическая) информация тесно связана с внутренней. Она влияет на внутриорганизменные информационные процессы и, следовательно, на состояние организма. Но и организмы могут влиять на окружение, внешнюю информацию, воспринимаемую ими. Влияние организмов на экологическую информацию проявляется в разных формах: изменением своего окружения в процессе обмена веществ с внешней средой; созданием местообитаний (нор, гнезд и т. д.). Некоторые виды организмов изменяют окружающую среду при помощи генерации звуков и других сигналов. Так, летучие мыши во время полета генерируют и подвергают внешнюю среду ультразвуковым колебаниям. Ультразвуки, отраженные от объектов окружающей среды, ими воспринимаются (эхолокация) и используются для регуляции своего поведения.

Способность растений и животных воспринимать экологическую информацию — одно из необходимых условий их жизнедеятельности. Механизмы восприятия информации у организмов разных таксонов неодинаковы. Лучше всего они изучены у млекопитающих и птиц. Оптические сигналы ими воспринимаются глазами, звуковые — слуховым аппаратом, химические — органами обоняния и осязания. Практически ничего неизвестно о том, какие органы воспринимают информацию у низших животных, например у червей. Не изучены органы восприятия информации у растений.

Количество информации, поступающей организму из внешней среды, беспредельно. Но она воспринимается организмом лишь отчасти. Организмы «отбирают» и используют только ту информацию, которая важна и необходима для их роста, развития и размножения. Ограничения в восприятии информации носят адаптивный характер. И. Иллис (1988) отмечал, что иксодовый клещ — паразит теплокровных животных — воспринимает окружающий мир в форме трех сигналов: свет — темнота; тепло — холод; наличие или отсутствие запаха масляной кислоты. Этих сигналов вполне достаточно, чтобы самка клеща могла найти животное-хозяина и напиться его кровью. Пробираясь к свету, клещ взбирается на ветку дерева. Ощущение тепла и пота (масляной кислоты) служит сигналом того, что теплокровное животное (дикое или домашнее) проходит непосредственно под местом, где он притаился. Клещ «пикирует» вниз и «приземляется» на тело животного-хозяина. Затем он впивается в кожу, всасывает кровь, что позволяет паразиту осуществить свой жизненный цикл и оставить потомство.

В ходе эволюции биосферы через механизмы естественного отбора экологическая информация изменяла организмы, их генетический код. Можно сказать, что генетическая информация ныне живущих растений и животных — результат влияний информационного экологического фактора, действовавшего в длинном ряду поколений предков. Генетическая информация растений и животных имеет важное экологическое значение, так как в процессе длительной эволюции организмы приобрели свойство реагировать на сигналы, предвосхищающие события. К таким внешним информационным факторам можно отнести продолжительность светового дня — показатель времени года, высоту солнца над горизонтом — меру периода суток. Так, ежедневное укорочение светового дня предвещает наступление осенних и зимних холодов. Генетическая программа растений и животных «запускает» процессы, обеспечивающие подготовку организмов к осени и зиме. У многих видов растений созревают семена (плоды), опадают листья и т. д. В условиях климата с четко выраженной сезонностью у животных и птиц возникают миграции (переселения) в более теплые регионы. Например, северные олени, обитающие летом на полуострове Таймыр, перемещаются к югу, в лесотундру. Многие виды птиц из Заполярья перелетают в субтропики и тропики. У некоторых видов животных, например у медведей, резко снижается обмен веществ, и они впадают в зимнюю спячку. У многих видов млекопитающих, в том числе домашних животных, отмечают сезонные изменения теплоизоляции тела. С приближением холодов у них увеличиваются густота шерстного покрова и толщина меха.

Световой режим служит основным фактором-сигналом, регулирующим суточную ритмику физиологических процессов, протекающих в организме большинства видов животных, в том числе сельскохозяйственных млекопитающих и птиц. Чередование времени покоя и деятельности в течение суток может быть изменено искусственной сменой светового режима. В условиях эксперимента ученым удалось ускорить суточный режим жизнедеятельности кур в 2 раза. В течение одних астрономических суток было создано 2 дня и 2 ночи, и всего лишь за 24 ч от кур получали по 2 яйца.

На воздействие экологической информации организмы отвечают по-разному. Их реакция зависит от формы информации (звуковые, оптические или иные сигналы), ее содержания, количества (дозы, интенсивности). Одни виды организмов реагируют на оптические сигналы, другие — на звуковые, третьи — на химические, Четвертые — на комплексные (цвет и запах; цвет, запах р звук; цвет, запах, звук и температура и т. д.).

Например, одни виды насекомых-опылителей реагируют на окраску цветка, другие — на запах, третьи — одновременно и на то, и На другое.

Ряд экологических информационных факторов обладает резко выраженной видовой специфичностью. К ним можно отнести феромоны. Термином «половые феромоны» обозначают химические соединения, выделяемые самками для привлечения самцов и повышения их половой активности. Феромоны, выделяемые самцами, активизируют половую активность самок. Специфичность сигнального действия половых феромонов широко и эффективно используют для разработки нехимических методов борьбы с насекомыми — вредителями сельского хозяйства.

Одни виды информации стимулируют организм, другие, наоборот, угнетают. В стадах лошадей, крупного рогатого скота, овец и других видов животных общий вид, запах, исходящий от находящейся в охоте самки, стимулируют половую реакцию самца. В свою очередь, информация, исходящая от самца, стимулирует половую активность самок (Никитин).

Информация, исходящая от животных-доминантов, угнетает животных более низкого ранга. Такое действие доминантов на низкоранговых животных отмечено как у диких, так и у домашних животных. При изучении внутрипопуляционных взаимодействий у крыс установлено, что информация, исходящая от доминанта (общий вид агрессора), может стать причиной смерти низкорангового животного-жертвы, т. е. крыса-доминант-агрессор может убить своего сородича одним лишь видом., своей позой, не прикасаясь к жертве.

Резко выраженная стрессовая реакция организма животных-жертв наблюдается при виде хищника-агрессора. Угроза гибели животного от пожара или наводнения может стать причиной его заболевания неврозом.

Реакция организма животных на информационный экологический фактор зависит не только от его качества, но и от количества (интенсивности). Примером может служить ответная реакция животных на воздействие звуковой сигнализации (шума). Естественный шумовой фон влияет на организмы благоприятно — он является одним из немаловажных факторов оптимального функционирования особей, популяций и биоценозов. Естественным считается шум, равный звукам, возникающим при течении рек, движении ветра, шелесте листвы, дыхании животных и т. д. Резкое снижение или, наоборот, повышение шумового фона — лимитирующий фактор, негативно влияющий на организм. Тишина вредна, так как при абсолютной тишине нарушаются функции нервной системы. «Мертвая» тишина в космическом корабле негативно влияет на психологическое состояние космонавтов, их клинико-физиологический статус. Негативное влияние на организм оказывают и слишком сильные шумы. Они обладают раздражающим действием, нарушают деятельность органов пищеварения и обмена веществ у млекопитающих и птиц.

Влияние шумового экологического фактора на растения изучено недостаточно, однако имеются сведения, что музыка может стимулировать их рост и развитие.

Жизнедеятельность животных может изменяться под влиянием недостатка или избытка внутрипопуляционной информации. В условиях длительной (трехмесячной) изоляции крыс возникают симптомы раздражительности, агрессивности, расстройств деятельности нервной системы и нарушение обмена веществ в организме. Признаки болезни исчезают после возвращения крыс в сообщество себе подобных. Недостаток внутрипопуляционной информации служит причиной самопогрызания пушных зверей. Вспышки болезни отмечены в хозяйствах по выращиванию соболей, норок, лис, песцов. Болезнь характеризуется периодическими приступами беспокойства, возбужденные звери грызут свой хвост, лапы, другие части тела. От нанесенных самим себе травм многие животные погибают. Смертность достигает 20 %.

Причина возникновения самопогрызания пушных зверей до последнего времени оставалась невыясненной, однако все же удалось установить, что самопогрызание пушных зверей — информационно-популяционная болезнь. Она является следствием дефицита внутрипопуляционной информации для щенят после их отсадки от матери и от помета. Оказавшись в одиночестве, щенок лишен возможности общаться с себе подобными и, следовательно, реализовать врожденный рефлекс (инстинкт) подражания. Он вынужден играть не со своими сородичами, а сам с собой, с частями своего тела, и в первую очередь со своим хвостом. Подобного рода неестественная игра заканчивается в конечном счете травмой. Использование закономерностей популяционной экологии позволило разработать такую технологию выращивания соболей, которая надежно предупреждает возникновение самопогрызания. Суть ее в том, что соболят отсаживают от матерей не в одиночку, а парами или группами. Наряду с этим обеспечивают оптимальные условия кормления и содержания животных.

Неблагоприятное влияние информации отмечено также при скученном содержании крупного рогатого скота, свиней, овец, кур. Увеличение плотности популяций сопровождается возрастанием интенсивности потока информации на каждую особь. Избыток информации приводит к стрессу, задержке роста и развития животных. Нарушается развитие зародышей в утробе беременных коров, овец и свиней. Возникают аборты (выкидыши). Воспроизводительная функция популяции подавляется.

Заболевания животных в результате воздействия информационного экологического фактора слишком высокой интенсивности Можно предупредить при помощи регуляции и оптимизации потоков внутрипопуляционной сигнализации.

Таким образом, информация как экологический фактор должна учитываться при проведении экологически обоснованных мероприятий по повышению эффективности растениеводства и животноводства.

2.5. АНТРОПОГЕННЫЙ ФАКТОР

Человек как биологический вид — компонент биосферы и экологический фактор, оказывающий влияние на свое окружение. Антропогенное воздействие на природу усиливалось по мере увеличения численности населения нашей планеты. Считают, что 10 тыс. лет назад на Земле обитало приблизительно 5 млн человек. Люди существовали за счет даров природы. С развитием растениеводства и животноводства численность человеческой популяции существенно увеличилась. К началу новой эры население Земли составило 200 млн человек. Затем темпы прироста населения резко ускорились, что, полагают, связано не только с демографическими процессами, но и с развитием науки. Научные достижения способствовали увеличению производства пищевых продуктов, с одной стороны, и повышению эффективности методов борьбы с заболеваемостью людей — с другой. Численность населения Земли в 1950 г. составила 2400 млн человек. Через 40 лет она удвоилась и в настоящее время составляет приблизительно 6 млрд. Рост численности населения сопровождался расширением его ареала. Люди сейчас живут практически повсюду. Они освоили даже такие места, которые считали непригодными для жизни (Северный и Южный полюсы и т. д.). Сфера воздействия человека на природу расширилась, и сейчас на Земле практически нет экосистем, которые не испытали бы антропогенного влияния (глубины океана, космического пространства и т. д.).

Человек разработал сельскохозяйственные и индустриально-промышленные экосистемы. Во многих регионах созданные человеком аграрные ландшафты отличаются высокой биологической продуктивностью. Появились промышленные предприятия, работающие по безотходным технологиям, по принципу природных биогеоценозов.

Однако хозяйственная деятельность человека далеко не всегда экологична. Нередко она приводит к непредвиденным негативным последствиям, становится причиной ухудшения условий жизнедеятельности растений, животных и людей,, деградации природных комплексов, гибели цивилизаций.

Природа сильно изменилась со сведением лесов. Площадь облесенной поверхности Земли резко сократилась: в Африке — на 2/з, в Канаде — в 3 раза. В ряде регионов Азии леса были уничтожены полностью. Это привело к изменению природно-климатических условий. Климат стал суше. Уровень грунтовых вод снизился. Усохли и исчезли мелкие реки. Условия для ведения сельского хозяйства ухудшились. В тропиках и субтропиках, где были сведены леса, появились саванны, которые затем превратились в степи, а нередко в полупустыни и пустыни.

Другая причина негативных изменений в аграрных ландшафтах — эрозия почв — процесс разрушения почвенного' покрова и сноса его частиц ветром (ветровая эрозия, или дефляция) или потоками воды (водная эрозия). Разрушение почвы водой проявляется в виде плоскостной (смыв) и вертикальной (размыв) эрозий. При вертикальной эрозии образуются промоины, канавы, овраги. В результате неграмотного ведения сельского хозяйства почвы обширных территорий сельскохозяйственных угодий подвергнуты эрозии. Плодородие эродированных почв снизилось, а в некоторых случаях земли стали бесплодными и непригодными для сельскохозяйственного использования (Рябов).

Трансформация структуры и функции аграрных ландшафтов наблюдается при создании ирригационных сооружений (водохранилищ, каналов и др.). Водная мелиорация — один из эффективных факторов регуляции и оптимизации водного режима почв и повышения урожайности возделываемых сельскохозяйственных культур. Однако ирригация, проводимая без учета экологических законов, может стать причиной неблагоприятных изменений в природе. Перераспределение водных масс в ландшафтах нередко приводит к повышению уровня грунтовых и поверхностных вод в одном месте и понижению — в другом. При повышении уровня грунтовых и поверхностных вод происходят заболачивание и засоление полей, садов, огородов, пастбищ. Значительное снижение уровня грунтовых вод становится причиной иссушения почв и снижения их плодородия. Водный режим почв может изменяться как на относительно небольшом, ограниченном участке ландшафта, так и на обширной территории. Примером негативных изменений водного режима большого региона может служить обмеление Аральского моря. В бассейне Арала широко развито орошаемое земледелие. Безвозвратное водопотребление региона, прилегающего к Аралу, составляет приблизительно 60 млрд м3 в год — больше суммарного стока рек Сырдарьи и Амударьи. В результате этого уровень Аральского моря резко понизился, а соленость воды повысилась. Природно-климатические условия изменились не только в бассейне Арала, но и далеко за его пределами. Условия для развития растениеводства, животноводства и рыболовства ухудшились.

Под влиянием человеческой деятельности становится иным круговорот не только воды, но и углерода. Изменение геохимических циклов углерода сопровождается увеличением содержания в атмосфере диоксида углерода. Причин повышения концентрации С02 в воздухе много. Главная из них — сжигание горючего топлива (угля, нефти и др.). Увеличение содержания в атмосфере диоксида углерода может привести к негативным последствиям глобального масштаба — нарушению баланса между поступлением солнечной радиации к Земле и ее отражением в космическое пространство.

Высокая концентрации С02 в атмосфере препятствует отражению инфракрасных лучей от Земли и может способствовать разогреванию биосферы (тепличный эффект). Пока неясно, разогревается ли сейчас биосфера или тепличный эффект сдерживается ант -ропогенным загрязнением атмосферы пылевыми частицами, дымом и т. д. Загрязнение атмосферы пылью и дымом препятствует проникновению солнечной радиации к поверхности Земли и способствует похолоданию. Противодействие двух противоположных эффектов — потепления и похолодания — делает неустойчивым экологическое равновесие, сложившееся в биосфере в процессе ее эволюции. В цепи процессов, обеспечивающих равновесие в экосистемах, появляются «срывы», что приводит к возникновению природно-климатических и погодных катаклизмов: засух и наводнений, бурь и землетрясений и т. д. Неблагоприятные изменения природно-климатических условий препятствуют успешному ведению сельского хозяйства.

Негативные перемены в природных комплексах происходят также от загрязнения среды отходами агропромышленных производств: заводов и фабрик, животноводческих ферм и комплексов, мясокомбинатов, ветеринарных лабораторий и т. д. Так, в районах металлургических заводов, перерабатывающих сульфидные руды, отмечено загрязнение атмосферы диоксидом серы. Окисляясь до серного ангидрида и соединяясь с водяными парами, он образует серную кислоту. Возникают кислотные дожди. Формирование кислотных дождей происходит также при загрязнении среды азотными соединениями, образующимися при сжигании угля, нефти, мазута, торфа и т. д. Соединение оксидов азота с водяными парами приводит к образованию азотной кислоты, которая наряду с серной кислотой выпадает в виде осадков.

Отходы агропромышленных предприятий — частая причина загрязнения водоемов, в результате чего питьевые качества воды ухудшаются. Вода может приобретать токсические свойства. Использование загрязненных водоемов для водопоя стад часто приводит к заболеванию животных. При поливе загрязненной водой полей, садов, огородов отмечены случаи гибели возделываемых растений.

Антропогенный фактор, оказывающий резко выраженное влияние на агробиогеоценозы, — использование сельскохозяйственной техники. Мобильная техника для распашки почв, уборки урожая и других сельскохозяйственных работ оказывает механическое, химическое, акустическое и электромагнитное воздействия на живую и неживую природу (рис. 8).

Механическое воздействие на почву приводит к ее уплотнению, разрушению структуры, увеличению в ней тонкодисперсных частиц. Физические свойства почвы ухудшаются, что способствует развитию водной и ветровой эрозий. Нарушается газовый обмен между почвой и атмосферным воздухом. В результате уплотнения в почве создаются анаэробные условия, развиваются процессы брожения (анаэробиоз).

В условиях анаэробиоза при неполном окислении “Углеродсо-

держащих веществ, прежде всего клетчатки, в почве образуются ок-сикислоты, токсичные для проростков семян культурных растений, что значительно снижает их полевую всхожесть. Из-за уплотнения почвы изменяются протекающие в ней биохимические и биологические процессы. Усиливаются денитрификация и десульфофика-ция. Прекращается мобилизация трудно- и недоступных для растений форм фосфора. В результате активизации сульфатредуцирую-щих бактерий в почве накапливается сероводород — вещество, токсичное для организмов. Одновременно подавляется жизнедеятельность аэробных свободноживущих и симбиотрофных азотфиксирующих микроорганизмов, что снижает накопление в почве связанных форм азота. В анаэробных условиях резко возрастает накопление закисных форм железа и алюминия, токсично влияющих на растения. Плодородие почв снижается.

При постоянной пахоте в почве формируется плужная подошва, ухудшающая условия произрастания растений. При механическом воздействии на почву рабочих органов машин погибают почвенные организмы. Жатки, косилки, комбайны уничтожают мелких животных и выводки птиц. Это происходит в основном в период уборочных работ.

Химическое воздействие сельскохозяйственной техники заключается главным образом в загрязнении почвы, водоемов и воздуха химическими соединениями, использующимися в качестве горючего, и отходами, образующимися при работе агрегатов. Окружающая среда загрязняется нефтепродуктами. При проведении технического ухода за машинами, промывке карбюраторов, консервации техники в почву попадают отработавшие масла, каустик и т. д. В результате загрязнения затормаживаются почвообразовательные процессы, уничтожаются растительные и животные организмы. Мобильная сельскохозяйственная техника служит источником звукового (шумового) загрязнения среды.

Причиной негативных изменений в природе может быть загрязнение среды минеральными удобрениями и пестицидами, широко распространенными во многих странах мира. Отмечены случаи неблагоприятных изменений в природе из-за неграмотного применения азотных, калийных и фосфорных минеральных удобрений. Так, при внесении в почву больших количеств калийных удобрений происходит изменение химического состава растений. В растительных тканях увеличивается концентрация калия, уменьшается содержание кальция и особенно магния. Кормовые качества растений ухудшаются. У животных, поедающих такие растения, может развиться заболевание, называемое пастбищной тетанией.

Пестициды — химические препараты, предназначенные для уничтожения вредителей сельского хозяйства. Одни из них предназначены для борьбы с насекомыми (инсектициды), другие — с клещами (акарициды), третьи — с сорными растениями (гербици-

Рис. 8. Воздействие мобильной сельскохозяйственной техники

ды), четвертые — с вредными животными, например мышами и крысами (зооциды), и т. д.

Неграмотное применение пестицидов также может стать причиной негативных явлений в сельском хозяйстве, в окружающей природе.

Известны сотни видов пестицидов, многие из которых применяют в аграрных, травяных, лесных биогеоценозах. Стойкие пестициды долго сохраняются в среде. Накопление их в почве зависит

на природную среду и нарушение ее гомеостаза (по А. А. Бакулину)

от дозы и частоты применения. В садах и огородах, обильно обрабатываемых пестицидами, в почве содержалось до 30—50 кг ДДТ на 1 га. Растения, произрастающие на почве, загрязненной пестицидами, всасывают их и накапливают в своих тканях. Усвоение пестицидов происходит не только через корневую систему, но и через листья и стебли при опрыскивании растений раствором. Ядовитые вещества могут мигрировать по всей биосфере, так как ее компоненты взаимосвязаны (рис. 9). Пестициды перемещаются из

Рис. 9. Взаимосвязи между компонентами биосферы (по В. В. Ковальскому)

одного биогеоценоза в другой с движущимся воздухом, дождевыми тучами, с поверхностными и грунтовыми водами, по пищевым цепям и т. д.

Мигрируя, ядовитые вещества изменяются под влиянием воды, воздуха, солнечных лучей, физико-химического состава организмов. Многие пестициды преобразуются в новые химические соединения, как безвредные для организмов, так и, наоборот, более токсичные.

Однако широкое использование пестицидов не дает желаемого результата. Многие вредители сумели приспособиться к пестицидам, поскольку у насекомых вырабатывается устойчивость к ним. Приходится вначале увеличивать концентрацию, а затем искать новые химические средства защиты. В Дании, например, пестициды против мух меняют каждые два-три года.

Многие пестициды неспецифичны — они убивают всех подряд насекомых. Отрицательный эффект от применения пестицидов связан с тем, что они уничтожают не только вредных насекомых, но и их естественных врагов (сверхпаразитов). Поэтому разрушаются механизмы, при помощи которых численность вредителей в биогеоценозах поддерживалась на определенном, обычно низком, уровне. А если у насекомых, кроме того, вырабатывается устойчивость к пестициду, то после его использования наступает неожиданная вспышка — массовое размножение вредителя, так как механизмы, сдерживающие его развитие, подавляются. Примером могут служить тетраниховые клещи. До применения пестицидов они встречались редко, а в настоящее время на борьбу с ними расходуют около половины производимых пестицидов (Рубцов).

Загрязнение сельскохозяйственных экосистем радионуклидами при авариях атомных электростанций — еще один пример нежелательного побочного эффекта развития ядерной физики и внедрения научных достижений в производство (в энергетику). Долгоживущие радионуклиды, как и стойкие пестициды, распространились по всей биосфере. Поэтому заложниками радиоактивных загрязнений стали не только растительные и животные организмы, но и человек.

Отрицательные последствия дает и загрязнение сельскохозяйственных экосистем металлическим мусором. Высокоразвитые промышленные страны производят множество различных металлических изделий. Часть из них предназначается для сельского хозяйства. Десятки тракторов, плугов, борон, сеялок, культиваторов, комбайнов, жаток, подборщиков, молотилок, автопоилок, доильных агрегатов, различных устройств и приспособлений, сотни метров труб, проволоки, огромное количество гвоздей, скоб, крепителей — неполный перечень того, что поступает во многие сельскохозяйственные экосистемы (Новошинов). Эксплуатация приборов, механизмов, машин, различных устройств ограничена временем вследствие их износа, устаревания и порчи. Металлолом частично возвращается в плавильные печи и перерабатывается, а другая его часть теряется, загрязняя среду.

В хозяйствах, где поля, луга, пастбища, склады фуража и корма, животноводческие помещения и прифермские территории загрязнены кусками проволоки, гвоздями и другими остроконечными предметами, у крупного рогатого скота развивается тяжелая болезнь травматический ретикулит, суть которой состоит в травматическом повреждении сетки. Очень быстрое, неразборчивое поедание корма, недостаточное его пережевывание способствуют попаданию инородных тел в ротовую полость животных. Инородные предметы проглатываются и попадают в преджелудки. В момент сокращения сетки они могут повреждать ткани, перфорировать стенку органа. В. Я. Никитин показал, что негативные антропогенные изменения в природе — основная причина бесплодия сельскохозяйственных животных.

Все многочисленные антропогенные факторы можно объединить в четыре группы (Лаптев).

1. Факторы-тела: почвы, рельеф, водоемы, здания, растения, животные и пр. Как правило, факторы-тела неподвижны, например курганы. Интродуцированные растения и животные представляют исключение. Многие из факторов-тел существуют давно, например почвы, озера.

2. Факторы-вещества: химические элементы, радиоактивные вещества, выбросы предприятий и т. д. Факторы-вещества не ограничены пространством, степенью концентрации: одни из них быстро разрушаются, другие находятся в природе, не изменяясь длительное время — десятки, сотни, тысячи лет.

3. Факторы-процессы: вспашка почвы, коррозия металлов, перемещение растений и животных и т. д. Факторы-процессы обладают большой динамичностью.

4. Факторы-явления: загрязнения воздуха, воды, почв, радиоволны, электрический ток и т. д. Их действие пространственно ограничено, при увеличении расстояния от источника загрязнения они исчезают.

2.6. КОМПЛЕКСНОСТЬ И ВЗАИМОДЕЙСТВИЕ ЭКОЛОГИЧЕСКИХ

ФАКТОРОВ

Факторы среды (физические, химические, биотические, информационные и иные) действуют на организмы не изолированно, а в сочетании и во взаимодействии друг с другом.

Множество элементарных биогеоценотических компонентов, процессов, явлений формируют окружающую среду. Окружающая среда, т. е. среда жизни для растений и животных, — это совокупность разнообразных экологических факторов, их определенные комбинации. Для каждого типа биогеоценоза, тундрового или таежного, степного или какого-то иного, характерна комбинация взаимосвязанных экологических факторов. Биогеоценозы разных типов легко отличаются друг от друга по ряду признаков, в том числе по комплексу экологических факторов, находящихся в определенных соотношениях и сочетаниях. Так, например, для тундровых биогеоценозов характерно сочетание низкой температуры с высокой влажностью, а в пустынных БГЦ, наоборот, высокая температура сочетается с низкой влажностью.

Однако даже в одном и том же биогеоценозе соотношения факторов среды нестабильны, с течением времени они изменяются. Одна комбинация факторов среды сменяется другой в зависимости от смены дня и ночи, времени года и т. д. В средней полосе континентальной части России в весенний период года можно часто наблюдать как в одном и том же биогеоценозе ночная темнота, сочетающаяся с заморозками, сменяется дневным светом и повышением температуры воздуха до положительной. Следовательно, в одном и том же ландшафте происходят суточные изменения комбинации физических (температура) и информационных (продолжительность дня и ночи) факторов среды.

Один из важнейших комплексных экологических факторов, оказывающих определяющее влияние на распределение растений и животных, формирование биоценозов и экологических систем, — климат. По Н. Ф. Реймерсу, это более или менее длительный, обычно многолетний режим погоды, определяемый географической широтой местности, высотой над уровнем моря, удаленностью ее от океана, рельефом суши, характером зеленой поверхности, антропогенными воздействиями и другими факторами.

По пространственной распространенности различают макро-, мезо- и микроклимат.

Макроклимат — это климат обширных пространств, например географических зон. По географическому и орографическому расположению сформировались характерные макроклиматы тундры, тайги, степей, пустынь, влажных тропических лесов.

Макроклимат зависит не только от шарообразности Земли, ее движения вокруг Солнца, но и от других причин, в частности от взаимоотношений материков и крупных водоемов. Моря и океаны значительно смягчают климат суши. Поэтому многие климатологи подразделяют климат на континентальный, характеризующийся крайними значениями температуры и влажности, и морской, которому свойственны менее резкие колебания этих показателей. Вблизи больших озер формируются местные «морские климаты». Примером континентального климата может служить южная часть Западной и Центральной Сибири, морского — запад России (Калининградская обл.).

Классификацию макроклимата, основанную на измерении температуры и влажности, широко используют во многих регионах страны.

Учет региональных особенностей макроклимата необходим для выбора видов (сортов) культурных растений, предназначенных Для возделывания, определения сроков их посева, уборки урожая ит. д.

Климатические условия учитывают как в растениеводстве, так и в животноводстве. В зависимости от особенностей местного климата определяют наиболее рациональную форму содержания животных (пастбищная, стойловая, пастбищно-стойловая), время перегона стад с низинных пастбищ на горные и наоборот.

Мезоклимат — это климат склона горы, леса и т. д. Взаимодействие господствующих ветров с горными образованиями создает условия для формирования мезоклиматов на склонах гор. Горная цепь служит преградой ветрам. Встречая на своем пути гору, воздушные массы устремляются вверх, к ее вершине. Воздух охлаждается, влага конденсируется, и выпадают дожди. Поэтому в предгорье формируется влажный климат (мезоклимат). На другой стороне горной цепи картина иная. Переваливший через гору холодный воздух стекает вниз. Нагреваясь, он поглощает влагу. Воздушные массы иссушаются, и в загорье образуется зона сухого климата (ме-зоклимата). У большинства гор имеются влажная и сухая стороны, т. е. регионы с влажным и сухим мезоклиматом.

На морских и океанических островах климат, как правило, умеренный. Это объясняется тем, что тепло, накопленное летом, море постепенно отдает и зима становится мягкой. В летнее время море умеряет жару, т. е. нагревается медленнее, чем суша.

Мезоклимат во многом зависит от растительности: в степи он обычно суше, чем в лесу. На него влияют также антропогенные воздействия. Например, при создании водохранилищ мезоклимат становится влажнее.

Учет особенностей мезоклимата разных частей аграрного ландшафта необходим для рационального размещения полей, садов, пастбищ и других сельскохозяйственных экосистем.

Микроклимат — это климат пещеры, норы, кроны дерева, теплицы по выращиванию овощей, хлева или другого животноводческого помещения.

Термином «экоклимат» обозначают микроклимат на уровне организма. Микроклиматические условия особей разных видов растений и животных, живущих в одном и том же БГЦ, неодинаковы. Так, микроклиматы сантиметрового гриба, растущего в подстилке, и трехметрового дуба отличаются так же сильно, как и микроклиматические условия муравья, скрывающегося в почве, и лося, возвышающегося более чем на метр над поверхностью земли.

В посевах пшеницы, ржи, картофеля, кукурузы, свеклы, люцерны проведена комплексная оценка света, тепла, относительной влажности и других эколого-климатических показателей. Разработаны методы создания искусственного микроклимата в теплицах и других экосистемах закрытого грунта.

При изучении микроклимата хлевов, скотных дворов, животноводческих ферм и комплексов установлено негативное влияние на животных повышенной влажности в сочетании с низкой или, наоборот, высокой температурой воздуха. И в том и в другом случае у животных снижаются продуктивность и воспройзводитель-ная способность. Низкая температура при высокой влажности нередко служит причиной простудных заболеваний (воспаление легких и др.).

Другой комплексный экологический фактор, заслуживающий большого внимания, — пищевой (трофический). Пища растений и животных состоит из многих компонентов, каждый из которых при определенных условиях можно рассматривать как самостоятельный экологический фактор. Растения для своего питания используют воду, диоксид углерода, соли азота, калия, фосфора, бора, кобальта, других макро- и микроэлементов. Для обеспечения потребностей организма животных в питательных веществах необходимо, чтобы в их рацион входили протеины, аминокислоты, жиры, углеводы, витамины и другие компоненты.

Любой организм, растительный или животный, без пищи жить не может. Он использует ее для синтеза живого вещества, постоянного обновления, осуществления процессов, связанных с функционированием организма как биологической системы.

В зависимости от типа питания организмы подразделяют на ав-тотрофов и гетеротрофов.

Автотрофы — организмы, способные потреблять С02, воду, соли азота, калия, фосфора, бора, кобальта, другие простые неорганические соединения, синтезировать из них сложные органические вещества своих тел. К автотрофам относят низшие и высшие зеленые растения, некоторые виды микроорганизмов. Зеленые растения называют фотоавтотрофами, так как они в процессе питания и образования органических веществ своих тел используют энергию света. Микроорганизмы, получающие энергию при окислении NHJ, S2~, Fe2+, Мп2+ и других неорганических соединений, получили название хемоавтотрофов. Сельскохозяйственные растения if являются автотрофами.

Гетеротрофы — организмы, не способные синтезировать сложные органические вещества своих тел из простых неорганических соединений. Они извлекают из внешней среды и потребляют готовую пищу. В качестве источника питания им служит живая и мертвая масса разных видов организмов, продуктов их жизнедеятельности. К гетеротрофам относят животных, грибы, актиномицеты, некоторые виды бактерий и водорослей, бесхлорофилльные высшие растения. Сельскохозяйственные млекопитающие и птицы — гетеротрофы.

Кроме автотрофов и гетеротрофов существуют организмы со смешанным типом питания. В одних условиях они питаются как автотрофы, а в других — как гетеротрофы. Так, синезеленые водоросли и некоторые виды бактерий при солнечном освещении осуществляют фотосинтез, т. е. ведут себя, как фотоавтотрофы. При отсутствии света они переключаются на гетеротрофное питание, т. е. становятся гетеротрофами.

Разные виды организмов отличаются не только по типу питания (автотрофное, гетеротрофное, смешанное), но и по способу поглощения пищи. Подавляющее число видов растений и микроорганизмов ведет неподвижный образ жизни и поглощает пищу из внешней среды пассивно, всей поверхностью тела или его специализированными частями (диффузионно-осмотический способ питания, осмотрофия). Большинство видов животных, как низших, так и особенно высших форм, ведут активный образ жизни: они передвигаются, отыскивают и потребляют пищевые объекты. Пища, изъятая из внешней среды, перерабатывается в органах пищеварения и усваивается организмом. Характер пищевого поведения сельскохозяйственных животных зависит не только от них самих. Режим кормления и поения сельскохозяйственных млекопитающих и птиц во многом определяет человек.

По особенностям потребляемой пищи гетеротрофные организмы подразделяют на растительноядные (фитофаги), плотоядные (зоофаги) и мертвоядные (детритофаги). У многих видов гете-ротрофов смешанный тип питания. По характеру комбинаций типов питания гетеротрофные организмы бывают плотоядно-растительноядные, мертвоядно-растительноядные и т. д. По характеру потребляемого корма и особенностям комбинаций типов питания сельскохозяйственных (домашних) животных и пушных зверей можно подразделить на фитофагов (лошади, крупный рогатый скот, овцы, козы, куры, индейки, утки, гуси), плотояднорастительноядных (свиньи, собаки), плотоядных (лисы, соболи, норки).

Приведенная классификация сельскохозяйственных животных по типу питания условна, так как в некоторых случаях, как правило в экстремальной обстановке, растительноядные (например, лошади и крупный рогатый скот) могут поедать не только растительную, но и животную пищу, т. е. выступать в форме растительноплотоядных и даже плотоядных. Всеядность часто проявляется у свиней.

Автотрофы и гетеротрофы трофически связаны между собой. Они формируют пищевые (трофические) цепи — ряды организмов, последовательно извлекающих вещества и энергию из исходного пищевого (кормового) продукта фотосинтетического и хемосин-тетического происхождения. Каждый вид организмов, потреблявших энергию пищи, служит звеном трофической цепи. В классификации по трофическому признаку организмы подразделяют не на виды, а на группы по характеру питания, т. е. по тому, какое звено пищевой цепи они занимают. Первый трофический уровень составляют растения и другие автотрофы, второй — растительноядные животные, третий — хищники, четвертый — хищники второго порядка и т. д. Они формируют трофическую экологическую пирамиду (рис. 10).

При переходе веществ с одного трофического уровня на другой происходит потеря энергии, она превращается в теплсг и теряется.

Рис. 10. Экологическая пирамида (по П. Дювиньо и М. Тангу)

Поэтому каждое последующее звено пищевой цепи имеет меньшую биомассу, чем предыдущее. Потери энергии при переносе веществ с одного трофического уровня на другой ограничивают количество звеньев пищевой цепи. Пищевая цепь обычно состоит из четырех-пяти звеньев. В биогеохимии введено понятие биогеохи-мической пищевой цепи, отражающей миграцию химических элементов из литосферы, педосферы, гидросферы и атмосферы к растениям, от них к растительноядным, затем плотоядным животным {рис. И).

Пищевая цепь состоит из организмов разных видов. В то же время организмы одного вида могут входить в состав разных пи-тцевых цепей. Поэтому цепи питания переплетаются, образуя сложные пищевые сети, охватывающие все экосистемы планеты.

Наземные^_ Наземныежи/отныекормаЛицевые Рис. 11. Биогеохимическая пищевая цепь (по В. В. Ковальскому)

Трофические сети представляют собой своеобразные экологические каналы, по которым химические элементы перемещаются из одного пункта биосферы в другой. Химические соединения, вовлеченные в трофическую сеть, в течение длительного времени могут мигрировать в биосфере и оказаться в телах организмов, обитающих в любом пункте земного шара. Так, ДЦТ был обнаружен в Антарктиде в организмах пингвинов, т. е. на континенте, куда этот препарат не завозили и где он не применялся.

Экологически важная особенность миграции стойких химических веществ и долгоживущих радионуклидов — возрастание их концентрации в конечных звеньях пищевой цепи. Поэтому вредные химические соединения и долгоживущие радионуклиды, загрязняющие среду, особенно опасны для хищных животных и человека, стоящих на вершине экологической пирамиды. В качестве иллюстрации можно привести пример негативных последствий применения пестицидов против мошек на оз. Клир-Лейк (США). Это озеро обрабатывали ДДЕ в 1949, 1954 и 1957 гг. Препарат распыляли в относительно малой дозировке — 0,014 части на миллион. В планктоне содержание яда увеличилось до 5 частей на миллион. В рыбах, питающихся планктоном, концентрация пестицида стала еще больше. В рыбах, питающихся мелкой рыбешкой, концентрация препарата возросла от 22 до 221 части на миллион в мышцах, от 40 до 240 частей на миллион в жире. Численность гагар снизилась с 1000 до 30 пар, причем уцелевшие птицы оказались бесплодными. В жировых отложениях трупов отравленных гагар содержание ДДЕ достигало от 1500 до 2500 частей на миллион, т. е. концентрация яда увеличилась в 100 000 раз.

В природных биогеоценозах, сформировавшихся в процессе длительной эволюции, сложились оптимальные цепи питания. Иная картина в аграрных ландшафтах. В них пищевые цепи вовлечены в сферу деятельности человека. Человек целенаправленно изменяет режим питания культивируемых растений и сельскохозяйственных животных. В результате применения органических и минеральных удобрений улучшаются условия питания растений. Рациональное использование удобрений — один из эффективных методов повышения урожайности сельскохозяйственных культур. Человек разработал специальные режимы питания животных, рассчитанные на более эффективное использование кормов. Однако неэкологичное вмешательство человека в пищевые цепи может негативно сказаться на росте и развитии растений и животных, их биологической продуктивности и воспроизводительной способности. Так, необоснованное применение макро- и микроудобрений может стать причиной геохимических заболеваний растений (эпи-фитотий) и животных (эпизоотий).

Компоненты пищи как экологические факторы взаимосвязаны друг с другом. От характера взаимосвязей и взаимодействий пищевых компонентов зависит эффект их трофического воздействия на организмы растений и животных. Взаимодействия между факторами пищи могут носить характер синергизма и антагонизма.

Витаминное питание, особенно применение витамина D, благо -приятно влияет на усвоение организмом солей кальция и фосфора. Избыток в рационе солей кальция препятствует усвоению живот-. ными фосфорных соединений и наоборот. Установлен антагонизм между кадмием, с одной стороны, кальцием, цинком, железом и селеном — с другой.

Между пищевыми, климатическими, антропогенными и другими факторами отмечены взаимосвязи и взаимодействия. В одних случаях тот или иной фактор усиливает действие другого, в других, наоборот, ослабляет или даже подавляет. Например, солнечная радиация, особенно ультрафиолетовые лучи, делает физиологически активным витамин D. Сочетание D-витаминного питания с ультрафиолетовым облучением — эффективный метод Лечения и профилактики рахита у молодняка, остеодистрофии у взрослых животных. Комбинации антропогенного фактора с климатическими, пищевыми и иными — одна из характерных черт природно-технических систем аграрных ландшафтов. Так, например, человек очень часто создает искусственные условия Микроклимата и питания для растений в теплицах, для животных на фермах.

Взаимосвязи и взаимодействия экологических факторов не Всегда очевидны. Поэтому возникает необходимость их изучения в экспериментальных условиях. Для этого создают специальные . Климатические камеры, которые позволяют в особых, искусственных, условиях выявлять функционально важные экологические факторы. Проводят опыты по исследованию влияния на растительные и животные организмы трофических факторов. Полученные данные используют при решении проблем растениеводства и животноводства.

Контрольные вопросы и задания

1. Что общего и различного в понятиях: экологический фактор, фактор среды, фактор биогеоценоза, экологическое условие, экологический ресурс? 2. По каким принципам классифицируют экологические факторы? 3. Охарактеризуйте лимитирующие факторы. 4. Что такое экотип? 5. Каковы особенности света, ионизирующего излучения и тепла как экологических факторов? 6. Охарактеризуйте воду как экологический фактор. 7. Каковы особенности влияния газового состава и движения воздуха на организмы? 8. Как влияют надорганизменные живые системы на растение, животное? 9. Что такое информационный экологический фактор? В чем его своеобразие? 10. Какова экологическая роль антропогенных факторов?

Глава 3 СИНЭКОЛОГИЯ

Синэкология — часть экологии, изучающая экологические системы. Общепринятого понятия системы до сих пор не существует. Под системой обычно понимают целостное образование, состоящее из взаимосвязанных компонентов (элементов). Любая система состоит из частей (подсистем) и является составным компонентом системного образования более высокого иерархического уровня (надсистемы). Например, биогеоценоз как система состоит из подсистем — биоценоза, популяций растений и животных — и входит в состав биосферы — глобальной системы высокого иерархического уровня. Системы обладают эмерджентными (новыми) свойствами. Каждая система качественно отличается от слагающих ее подсистем и от надсистемы, в которую она входит. Для иллюстрации принципа эмерджентности Ю. Одум приводит два примера. Молекула воды как система состоит из непохожих на нее подсистем — атомов водорода и кислорода. Коралловый риф как система резко отличается от составляющих его подсистем: водорослей и кишечнополостных животных.

3.1. БИОГЕОЦЕНОЗЫ КАК ЭЛЕМЕНТАРНЫЕ СТРУКТУРНЫЕ ЕДИНИЦЫ БИОСФЕРЫ

Термин «биогеоценоз» (био — жизнь, гео — земля, ценоз — сообщество) был предложен В. Н. Сукачевым в 1940 г. Им обозначают наземные и водные природные комплексы — леса и степи, озера и реки и т. д. Наряду с термином «биогеоценоз» существует термин «экологическая система» (экосистема), предложенный А. Тенсли в 1935 г. Термины «биогеоценоз» и «экосистема» отражают близкие понятия. Некоторые авторы их отождествляют, что, однако, неправильно.

Термин «экосистема» истолковывают неоднозначно. Так, Л. О. Карпачевский (1983) этим термином обозначал разнообразные природные объекты, представляющие собой те или иные формы взаимосвязи живого организма со средой своего обитания. Экологическими он называет такие биологические системы, как, например, дерево с растущими на нем лишайниками, клещ, впившийся в кожу животного, и другие подобные сожительства организмов. Микроб или паразит (микроорганизм) во взаимосвязи с растением или животным (макроорганизмом) — это экосистема биогенная, т. е. порожденная живыми организмами. Наряду с этим существуют биокосные системы, в которых средой обитания для организмов служит неживой субстрат органического или неорганического происхождения. Примеры таких экологических систем: личинки жука-могилыцика на теле умершего животного, микроорганизмы в капле воды и т. д.

Простые экологические системы объединяются в более сложные. Так, система бактерии — личинки овода — может входить в систему более высокого уровня — надсистему личинки овода — корова, а корова, в свою очередь, — составной компонент системного образования еще более высокого ранга — луга (пастбища). Биокосные системы могут быть самыми разнообразными. Они отличаются по составу биоты, величине (объему) и т. д. Биокосные системы — лесной колок, озеро, тайга (таежный ландшафт), море. Биосфера, представляющая собой совокупность всех организмов, населяющих нашу планету, со средой своего обитания, — это тоже биокосная система.

Большинство современных авторов под экологической системой понимают сообщество взаимосвязанных организмов разных видов (биоценоз) со средой своего обитания (неживой, косной природой). Организмы и окружающая их среда объединены в одно функциональное целое из-за взаимозависимости и причинно-следственных связей между живой и неживой природой. Размер экологической системы трудно определить в физических мерах изменения (длины, площади, объема). Экосистему можно оценить лишь мерой, учитывающей процессы саморегуляции и самовосстановления составляющих ее средообразующих компонентов.

В современном понимании биогеоценоз (БГЦ) — эволюционно сложившаяся, относительно пространственно ограниченная, внутренне однородная природная система функционально взаимосвязанных живых организмов и окружающей их косной среды (рис. 12). БГЦ характеризуется определенным энергетическим состоянием, типом и скоростью обмена веществом и информацией (Реймерс). Биогеоценоз — это элементарная биохорологическая единица биосферы — глобальной экологической системы. Совокупности однотипных БГЦ образуют ландшафты (регионы биосферы). Так, таежные БГЦ формируют таежный ландшафт, степные БГЦ — степной ландшафт и т. д.

Биогеоценоз состоит из четырех категорий взаимодействующих слагаемых: продуцентов, консументов, редуцентов и неживых тел.

Компоненты неживой (косной) природы — атмосфера, вода, материнская порода.

Продуценты (производители) — это организмы, осуществляю-

Рис. 12. Функциональная структура биогеоценоза

щие процесс новообразования органических веществ из простых неорганических соединений. К ним относят фотосинтетики (высшие и низшие зеленые растения) и хемосинтетики (серобактерии, нитрофицирующие бактерии и др.). Основная масса органических веществ образуется в процессе фотосинтеза. Роль хемосинтеза в создании органического вещества невелика.

Консументы (потребители) — организмы, потребляющие готовое органическое вещество фотосинтетического и хемосингетичес-Кого происхождения и переводящие его в другие формы. К ним относятся животные (и паразитарные растения).

Редуценты (разрушители, разлагатели) — организмы, разлагающие сложные органические вещества растительного и животного Происхождения и переводящие их в простые неорганические соединения. Минерализацию органических веществ осуществляют главным образом грибы и микроорганизмы.

Среди компонентов наземных биогеоценозов особую роль отводят почве. Почва, по В. А. Ковде, — продукт биогеоценоза и главный его компонент. Ее рассматривают как биокосное природное тело, сформировавшееся в процессе взаимодействия живой и неживой природы. Характерное свойство почвы — плодородие, которое во многом определяет успешное развитие растениеводства и связанного с ним животноводства.

Учение о почвах создано в прошлом веке В. В. Докучаевым. Он доказал, что почва представляет собой одно из самостоятельных природных тел, сформировавшихся в процессе эволюции природы. В. В. Докучаев назвал почву зеркалом ландшафта, имея в виду, что структура, физико-химический состав и другие свойства почвы отражают процесс формирования и развития ландшафта как природного комплекса. Биогеохимия почвенного покрова зависит от химического состава материнской породы, особенностей климата, растительности, животных, микроорганизмов, особенно азотфиксаторов, нитрофицирующих и денитрифицирующих бактерий. В то же время почва — аккумулятор веществ и энергии. Она аккумулирует продукты метаболизма растений и животных. В ходе физико-химического выветривания материнской породы почва пополняется минеральными соединениями. Химический состав ее изменяется за счет вноса в биогеоценоз и выноса из него микро- и макроэлементов (водой, ветром, организмами).

Важнейшая составная часть почвы — гумус — плодородный слой, максимально заселенный живыми существами. Благодаря своей коллоидальной природе гумус увеличивает поглотительную способность почв. В нем содержатся легкодоступные для растений минеральные вещества, кислород и диоксид углерода. Входящие в его состав гуминовые вещества цементируют частицы почвы в структурные агрегаты, что существенно влияет на ее физические и химические свойства. Почвы с выраженной структурой рыхлее, плодороднее.

Большое внимание уделяют изучению системной организации почвы — естественно-природного тела, играющего важную роль в функционировании экосистем, в том числе сельскохозяйственных. От атомарного состава молекул во многом зависят физико-химические свойства элементарных почвенных частиц, определяющих принадлежность почв к той или иной категории, например к глинам, суглинкам, пескам. В зависимости от размера почвенных частиц, их преобладания в грунте почвы подразделяют по гранулометрическому составу.

Более высокий уровень организации почв — агрегатный. Первичные частицы — элементы почв — образуют агрегаты. Форма, величина и уровень организации агрегатов различны. Некоторые агрегаты — результат объединения элементарных почвенных частиц. Агрегаты низшего порядка, объединяясь, формируют образования более высокого уровня. Возникают агрегаты второго, третьего, четвертого и т. д. порядков. Агрегатность почвы во многом определяет ее функциональные свойства, связанные с содержанием в ней капиллярной воды и т. п.

Еще более высокий уровень организации почв — морфонный. Морфонами называют участки почвенной массы, однородные по своим свойствам: трещины в почве, поверхность, перерытая животными, и т. д.

Следующий уровень организации почв — горизонтный. Горизонты состоят из морфонов. Горизонты — это типичные почвен-

ные образования, различающиеся по цвету, плотности и другим признакам. Среди них главными считают гумусовые горизонты, образующиеся в поверхностных слоях почвы. В гумусовых горизонтах накапливается гумус, они окрашены в серые и серовато-бу-' рые тона. Под гумусовыми могут формироваться элювиальные горизонты. Горизонты определяют особенности и глубину распространения корневой системы растений, распределения почвенной влаги.

Более высокий, чем горизонтный, уровень организации почвы — почвенный профиль — вертикальная совокупность горизонтов. Почвенные профили служат основой классификации почв.

Совокупность профилей — объем — еще один уровень организации почвы. Объемы бывают различными. В одних случаях они представляют собой совокупность одинаковых профилей (педон, или почвенный индивид), в других — разных (тессера). Образование, состоящее из педонов и тессер, называется ареалом. Совокупность ареалов составляет почвенный покров — высшую форму организации почв. Земледельцев в первую очередь интересуют закономерности почвенного покрова территории, на которой ведется сельское хозяйство.

Почву рассматривают как кладовую ресурсов, необходимых для живых компонентов БГЦ. Разнообразные минеральные соединения и сложные органические вещества, содержащиеся в почве, используются растениями, а затем их потребителями — животными. В случае резких климатических или иных колебаний почва как депо ресурсов служит спасительным буфером между живой природой и окружающей ее аномально измененной средой. Как системное образование почва выполняет буферно-депонирующую функцию аналогично биологическим системам: семя — у покрытосемянных растений, жировое тело — у насекомых, курдюк — у курдючных овец, горб — у верблюдов (Мордкович).

Живые, неживые и биокосные компоненты биогеоценоза функционально взаимосвязаны между собой и образуют единую целостную систему. Целостность системы поддерживают процессы обмена веществ в форме биотического круговорота.

Начальный этап биотического круговорота — фотосинтез и хемосинтез. Фотосинтез осуществляет хлорофилл зеленых растений с помощью энергии Солнца. Потребляя солнечную энергию, растительные организмы синтезируют органические вещества своих тел из диоксида углерода, минеральных солей и воды. Хемосинтезирующие бактерии образуют органические соединения, используя энергию химических реакций.

Органическое вещество фотосинтетического и хемосинтети-ческого происхождения поступает в пищевые (трофические) цепи. С геохимической точки зрения пищевая цепь — это природный инструмент превращения сложных органических веществ растительного и животного происхождения в простые неорганические,

т. е. их минерализации. Минерализация происходит в самих растениях, которые при дыхании окисляют органические вещества до диоксида углерода и воды.

Однако основная масса органических веществ минерализуется животными и особенно микроорганизмами. Микроорганизмы — микробы и грибы — играют особую роль в превращении сложных органических веществ в простые неорганические соединения. Поэтому Л. Пастер назвал их «великими могильщиками». Разрушение органических веществ завершается образованием диоксида углерода, воды и минеральных солей, которые служат пищей для растений, и биотический круговорот повторяется. Круговорот азота показан на рисунке 13.

Электрохимическое и фотохимическое ~ связывание ДенитрификацияРис. 13. Круговорот азота (по П. Дювиньо и М. Тангу) "

~(солнчф\~

Основная масса азота сосредоточена в свободном состоянии в атмосфере. Содержание его в воздухе 78,09 % (N2 по объему), в литосфере 1,9 ■ 10“^° % (по массе). Превращение атмосферного азота в азотные соединения, усваиваемые организмами, осуществляют свободноживущие почвенные микроорганизмы и водоросли. В биологической фиксации молекулярного азота важную роль играют клубеньковые бактерии в симбиозе с бобовыми растениями. Свободноживущие азотфиксирующие бактерии могут связать 25— 40 кг молекулярного азота на 1 га в год. Клубеньковые бактерии, живущие на клубеньках бобовых культур, усваивают еще больше азота — до 250 кг на 1 га в год.

Накопленные в почвах азотные соединения потребляют растения, затем травоядные и хищники, паразиты и сверхпаразиты, другие гетеротрофные организмы, составляющие трофическую цепь. Азот накапливается в растительных и животных организмах, в продуктах их метаболизма в форме белка, аминокислот, мочевины и других азотсодержащих веществ. В биосфере содержится 150 млрд т азота, связанного в органических соединениях почв (1,5 ■ 1011 т), в биомассе растений (1,1 • 109 т) и животных (6,1 • 107т).

При минерализации фито- и зоомассы образуется аммиак (аммонификация), который поглощается почвой в виде катионов аммония (NH4) или окисляется в ней. При окислении аммония, поглощенного почвой, и аммиачных солей образуются нитраты и нитриты (нитрификация). Аммонификация и нитрификация — составные элементы биотического и геологического круговоротов азота. Одна часть продуктов нитрификации усваивается растениями, другая превращается в молекулярный азот (динитрификация). Азот, усвоенный растениями, вовлекается в биотический цикл. Молекулярный азот, поступающий в атмосферу, участвует в геологическом круговороте.

С развитием земледелия, растениеводства и животноводства биотический круговорот азота существенно преобразился. На круговорот азота оказывало влияние широко распространенное ранее внесение местных органических удобрений (навоза). Но оно было незначительным. С помощью навоза возмещали лишь потери азота при выносе его из почв с урожаем. Затем стали использовать минеральные азотные удобрения. Ежегодно в мире производят и вносят в почвы в форме минеральных удобрений 30—35 млн т азота. В некоторых странах дозы азота, вносимого с удобрениями, достигли 150 и даже 250 кг/га.

Фосфор, как и азот, относят к облигатным биофилам. Биотические круговороты этих элементов в некоторых случаях протекают совместно. Однако биогеохимия фосфора резко отличается от биогеохимии азота. В геохимическом цикле азота обязательно Присутствует газовая форма этого элемента. Фосфор же в форме газа (например, РН3) в биотическом и геологическом круговоротах, по существу, не представлен.

Среднее содержание фосфора в земной коре составляет 0,09 %. Основные его запасы сосредоточены в горной породе, гумусовом горизонте почв, донных осадках морей и океанов. К числу наиболее распространенных фосфатов, образующих залежи фосфора, относят апатиты. В почвах, и особенно гумусовой оболочке суши, аккумулированы соединения фосфора.

Под влиянием биотического круговорота веществ концентрация фосфора в почве заметно выше (в среднем 0,1—0,3 %), чем в земной коре. Гумусовые горизонты ненарушенных почв богаты фосфором, в лесной подстилке иногда содержится до 100 кг/га этого элемента. Большое количество фосфора (106 — 107т) удерживается в веществе биосферы. Содержание данного элемента в фитомассе природных (естественных) луговых степей достигает 30 кг/га. Для диких травоядных млекопитающих такой уровень фосфора в кормовых растениях вполне достаточен.

Круговорот фосфора представлен на рисунке 14.

Цивилизация заметно повлияла на биотический и геологический круговороты фосфора. В тех местах, где земледельцы для удобрения почв широко использовали навоз, круговорот фосфора изменялся незначительно. Там, где навоз применяли недостаточно или совсем не использовали, возврат фосфора в биогеохимический цикл сократился или даже прекратился.

При высоких урожаях из почв выносится значительное количество фосфора. Притока в почвы соединений фосфора в виде атмосферных выпадов или биогенной фиксации из воздуха не происходит. Поэтому даже лучшие почвы без регулярного внесения фосфорных удобрений через 40—50 лет использования под посевы резко истощаются, концентрация фосфора в почвенном покрове сильно снижается.

В результате водной эрозии с поверхностным стоком с почвы смывается большое количество гумуса и, следовательно, содержащегося в нем фосфора. Почвенный слой, уносимый при эрозии, в 3—5 раз богаче органическим веществом, фосфором и другими биофилами. В настоящее время около 3—4 млн т фосфатов смывается с континентов и безвозвратно захороняется в глубинах Мирового океана. Перемещение фосфора из биотического круговорота в геологический осложняет фосфорную проблему. В результате фосфорного голодания снижается урожайность сельскохозяйственных культур и кормовых трав, ухудшается качество кормов, нарушается фосфорное питание домашних животных.

Применение минеральных фосфорных удобрений, как и азотных, из года в год растет. Круговорот фосфора изменяется, особенно при избыточном внесении фосфорных удобрений в почвы и загрязнении ими водоемов.

Внутрирегиональная и межгосударственная миграции фосфора приводят к тому, что в одних местах концентрация фосфора возрастает (зафосфачивание), в других, наоборот, снижается (дефосфоти-зация). Тела животных (и человека), их экскрементй содержат

Рис. 14. Круговорот фосфора (по П. Дювиньо и М. Тангу)

очень много фосфора, поэтому вокруг населенных пунктов, особенно вблизи животноводческих ферм и комплексов, в местах захоронения трупов людей и животных (кладбища, скотомогильники) концентрация фосфора резко повышается. Зафосфачивание почв отмечают на участках, где расположены парники и теплицы, сады, огороды, бахчи, обильно удобряемые навозом. На полях, лугах и пастбищах, где отчуждение фосфора и других биофилов с помощью удобрений не возмещается, развивается дефосфотизация.

Калию свойственна такая же биофильность, как азоту и фосфору. Круговороты фосфора и калия во многом похожи. Средняя концентрация калия в земной коре составляет 2,6 %. Содержание калия в почвах различно. Богаты им почвы с мощным гумусовым горизонтом. При минерализации органических веществ растительного и животного происхождения почвенный гумус обогащается этим элементом. Очень много калия в калийных месторождениях.

С развитием земледелия биотический круговорот калия, как и фосфора, стал иным. Но особенно резкие изменения круговорота калия произошли в результате расширенного производства калийных удобрений и разнообразных химических продуктов, содержащих этот элемент (поташ, калия сульфат и др.).

Круговороты макро- и микроэлементов протекают более или менее однотипно.

Принцип системной организации вполне применим и к живой природе. Растения и животных, в том числе сельскохозяйственных, изучают на молекулярном, клеточном, тканевом, органном, организменном, популяционном, биоценозном и биогеоценозном (экосистемном) уровнях. Молекулярный уровень организации живого изучает молекулярная биология (и патология), клеточный — цитология, тканевый — гистология, органный — анатомия (и патанатомия), физиология (и патофизиология), организмен-ный — организменная биология (и патология), популяционный — популяционная экология, биоценозный — биоценология, биогео-ценозный — биогеоценология, биосферный — глобальная экология.

Отличительная особенность систем — их иерархичность. Системы низшего уровня (подсистемы) соподчинены системам высшего ранга (подсистемам). Иерархичность систем имеет важное биогеоценологическое значение — она способствует упорядоченности и целостности биогеоценозов как элементарных структурных единиц биосферы.

Биогеоценозы земного шара весьма разнообразны. Они различаются по особенностям флоры и фауны, материнской породы, почв, вод, пищевых цепей, биотического круговорота, климатических условий и т. д.

Многообразие биогеоценозов вызвало необходимость их систематизации, классификации. Всеобъемлющей классификации БГЦ до сих пор нет. Несколько классификаций БГЦ разработали экологи и биогеоценологи. Систематизация биогеоценозов облегчает решение научных и прикладных проблем экологии и биогеоцено-логии.

В ряде классификаций учитывают возраст БГЦ. Процесс образования биогеоценозов на Земле идет непрерывно. Они формируются на осыпях, дюнах, лавах и т. д. В других местах в течение длительной эволюции образовались устойчивые БГЦ с флорой и фауной, приспособленными друг к другу и условиям своего существования. Это позволило разделить биогеоценозы на молодые (формирующиеся) и зрелые (полностью сформировавшиеся), климак-сные.

В зависимости от расположения биогеоценозов — на суше или в водоеме — различают биогеоценозы наземные (сухопутные) и водные (речные, озерные, морские и др.).

Структура и функция биогеоценоза во многом определяются его приуроченностью к географической зоне. Различают биогеоценозы арктические и антарктические, тундровые, таежные, степные, полупустынные и пустынные, субтропических и тропических лесов.

Изменения биосферы и ее элементарных единиц биогеоценозов резко ускорились с антропогена. Человечество превратилось в мощную силу, изменяющую природу Земли, ее биогеоценозы. Биогеоценозы бывают природные, естественные (натурбиогеоценозы) и антропогенные (культурные, искусственные). Примером натурбиоге-оценоза служит лес, не тронутый человеческой деятельностью. Природных комплексов, не измененных человеком, на Земле осталось очень мало. Антропогенными называют биогеоценозы, преобразованные деятельностью человека или созданные им. Примеры таких БГЦ: лесопосадки, поля и культурные пастбища, животноводческие фермы и комплексы, аквариумы, пруды и водохранилища. К антропогенным биогеоценозам относят и человеческие поселения: хутора, деревни, села и другие населенные пункты. Их называют антропогеоценозами.

По происхождению различают коренные и производные биогеоценозы. Коренные биогеоценозы сформировались в ходе естественного развития природного комплекса. Отличительная черта большинства коренных биогеоценозов — их относительная устойчивость, выработанная в процессе длительной эволюции. В них сложились флора и фауна, оптимально приспособленные друг к другу и условиям своего существования. Растения, животные и микроорганизмы, населяющие биогеоценоз, оказывают друг на Друга благоприятное влияние. В таких коренных БГЦ образовалось устойчивое экологическое равновесие, препятствующее возникновению массовых болезней растений (эпифитотий) и животных (эпизоотий).

Производные биогеоценозы возникают в тех местах, где разрушаются (землетрясения, горные разработки и др.) коренные биогеоценозы. К производным относят агробиогеоценозы, создаваемые человеком в аграрных ландшафтах. Устойчивость производных БГЦ t Обычно очень низкая.

i}1 По наличию и содержанию живых и неживых компонентов биогеоценозы подразделяют на полночленные и неполночленные.

полночленных биогеоценозах присутствуют растения, животные ■И микроорганизмы, атмосфера, гидросфера, педосфера. Полночленные биогеоценозы аграрного ландшафта — лесопосадки, поля, сады, культурные пастбища. Биогеоценозы с обедненной структурой, с отсутствием одного или двух компонентов, назвали неполночленными. К ним можно отнести биогеоценозы прибрежно-водные и торфяно-болотные, где нет почвы: пещеры, птичьи базары на морских островах. Неполночленными антропогенными биогеоценозами считают животноводческие фермы и комплексы, так как в них отсутствуют почвы и растительность.

В зависимости от наличия или отсутствия автотрофов — производителей органического вещества — экосистему называют автотрофной или гетеротрофной (Одум). Примеры автотрофных биогеоценозов (экосистем) — лес, луг, поле; гетеротрофных — город, животноводческая ферма или комплекс. Изучение характера природных процессов, связанных с особенностями структуры и функции БГЦ, необходимо для разработки методов их охраны. Это имеет важное значение в сельском хозяйстве при регуляции и оптимизации аграрных ландшафтов для повышения эффективности сельскохозяйственного производства.

3.2. ПРИРОДНЫЕ БИОГЕОЦЕНОЗЫ

Каждый, кто изучает сельскохозяйственную экологию, должен знать, как устроены природные биогеоценозы. Природные БГЦ — продукт «творческой» деятельности самой природы, поэтому их считают эталонными. Без понимания особенностей организации природных БГЦ невозможно проводить оценку сельскохозяйственных экосистем.

Одна из важнейших характеристик биогеоценозов — их структура. Структурность БГЦ выражается в естественном функционально-морфологическом делении системы на части, блоки (подсистемы), тесно связанные между собой. Подсистемы играют роль «кирпичиков», «биогеоценотических элементов», формирующих биогеоценоз как единое целое. К биогеоценотическим блокам относят элементы неживой и живой природы: воздух, воду, материнскую породу, почву, растительность, животный мир.

Блоки (элементы) природных биогеоценозов подчиняются закону упорядоченности заполнения пространства и пространственно-временной определенности. Суть закона в том, что заполнение пространства внутри БГЦ в результате взаимодействия между его подсистемами упорядочено так, что позволяет реализоваться гомеостатическим свойствам экосистемы. Упорядоченность связей между телами (элементами) выражается в разных формах. Н. В. Дылис различает три аспекта организации БГЦ: структурно-физический, характеризующий пространственную группировку и размещение масс живых и неживых тел; функциональный, отражающий их взаимоотношения и деятельность; временной, фиксирующий динамику их сложения и характер работы. Все аспекты органически связаны между собой и проявляются как разные стороны функционирования биогеоценоза как биокосной системы.

В формировании структурности БГЦ важную роль играет растительность. Растения разнообразны по видовому составу, адаптивным возможностям, жизненной стратегии и т. д.

По степени выживания в биогеоценозах, характеру жизненной стратегии растения подразделяют на три основные группы: R-стра-тегов (эксплерентов); К-стратегов (виолентов); S-стратегов (пати-ентов).

Эксплерентов образно называют «бродягами», «шакалами». Экс-плерент не накапливает в организме значительных запасов органического вещества, он почти не обладает конкурентной способностью. Для большинства эксплерентов характерны выраженная пластичность и высокая плодовитость. Они плодоносят даже в угнетенном состоянии. Эксплеренты обычно растут на новых, нарушенных территориях, где мало или нет другой растительности и, следовательно, отсутствует конкуренция.

Растения К-стратеги называют виолентами (образно — «силовиками», «львами»). Они обладают выраженной конкурентной способностью, как правило, имеют мощный габитус и хорошо развитую корневую систему.

Виоленты — это чаще всего виды-эдификаторы. Их реализованная экологическая ниша приближается к фундаментальной экологической нише.

Растения S-стратеги, или патиенты (образно — «верблюды», «терпеливцы»), хорошо переносят неблагоприятные условия среды за счет специальных физиолого-биохимических механизмов переживания стресса. У патиентов экологическая ниша по объему приближается к фундаментальной. У некоторых видов-патиентов хорошо выражена дифференциация ниш.

Кроме типичных эксплерентов, виолентов и патиентов имеются промежуточные формы типов растений.

В процессе эволюции формируются фитоценозы — более или менее устойчивые исторически сложившиеся сообщества растений. Среди них выделяют виды-доминанты, занимающие основное положение в фитоценозе и оказывающие преобладающее влияние на ход биогеоценотических процессов. В лесных БГЦ доминантами служат деревья, в степных — травы. Доминанты обычно выполняют роль эдификаторов — видов растений, определяющих особенности среды не только в фитоценозе, но и в биоценозе в целом. Растения-эдификаторы влияют на физические и иные свойства БГЦ. Так, микроклиматы лесного и степного биогеоценозов, расположенных в одной и той же климатической зоне, в силу присущих им фитоце-нотических особенностей отличаются друг от друга в любое время года и суток.

Вертикальная и горизонтальная структуры фитоценоза во многом зависят от слагающих его видов растений. В лесных фитоценозах обычно четко выражена вертикальная (ярусная) структура. Ярусность фитоценоза характеризуется расчлененностью всей толщи растительного покрова на горизонты, слои. Так, в лесном фитоценозе различают ярусы древесный, кустарниковый, травяной, тра-вяно-кустарничковый и мохово-лишайниковый. К каждому слою (ярусу) или его части приурочены функционально разные органы растений (наземные — листья, стебли; подземные — корни, клубни и др.). Растения каждого яруса выполняют характерные, свойственные им биогеоценотические функции. В каждом ярусе создаются более или менее своеобразные физико-химические и биотические условия, формируется определенный мир организмов, связанных с растениями. На рисунке 15 показана приуроченность различных видов гетеротрофов к разным органам дуба, что ярко демонстрирует ярусную структуру леса.

Наряду с вертикальным расслоением растительности наблюдается ее горизонтальная неоднородность, мозаичность. Заметны вариации в густоте стояния растений, размещении отдельных видов (рассеянно, группами и т. д.). Горизонтальная мозаичность растительного покрова сказывается на локальных свойствах атмосферы (освещенность, влажность), почвы (влажность, промерзание) ит. д. Части горизонтального расчленения БГЦ, отличающиеся друг от друга по составу, структуре и свойствам компонентов, названы Н. В. Дылисом парацеллами.

С растениями, формирующими автотрофный блок БГЦ, тесно связаны гетеротрофы — организмы, питающиеся растительной массой. Совокупность взаимосвязанных автотрофов и гетеротрофов образует консорцию — биологическую систему, где центральным членом, ядром или консортом-детерминантом являются растения. Отличительная черта консорции — не только трофически-энергетическая и топическая связь консортов с центральным членом (ядром), но и общность их эволюционного процесса, взаимного приспособления друг к другу в течение длительной коадаптации.

Животный мир биогеоценозов разнообразен. Он состоит из простейших, губок, кишечнополостных, червей, членистоногих, птиц, млекопитающих и т. д. Животные заселяют наземную часть сухопутных БГЦ, почву, водные экосистемы.

Видовой состав животных разных биогеоценозов (таежных, степных и т. д.) неодинаков. Несмотря на это, животные выполняют более или менее однотипные биогеоценотические функции, способствующие работе БГЦ как целостной системы. Поедая растительную массу, животные превращают ее в органические вещества своих тел (белки, жиры, мочевину и т. д.); выделяют в среду продукты метаболизма (диоксид углерода и др.) и экскременты (фекалии, мочу). В процессе дробления и химической переработки пищевых материалов они ускоряют минерализацию фито- и зоо-

Рис. 15. Потребители дуба (по П. Дювиньо и М. Тангу). Гетеротрофы сгруппированы по органам, которыми они питаются (в скобках указана кратность увеличения).

Листья: 1 — дубовый долгоносик-прыгун (х 3); 2— дубовый трубковерт (х 5); 3 — майский хрущ (х 0,5); 4 — златогузка (х 0,5); 5 — кольчатый шелкопряд (х 0,5); 6 — пяденица-обдирало (х 0,5); ' — зимняя пяденица (х 1,2); 8 — зеленая дубовая листовертка (х0,5). Желуди: 9 — желудевый Долгоносик(х 1,5). Почки: 10— грушевый листовой слоник (х 1,5). Ветви: 11 — темная мягкотелая (х 1). Кора ствола и ветвей: 12— зеленая узкотелая златка (х2); 13 — дубовый заболонник (*0,5); 14 — дровосек-рагий (х0,4). Древесина: 15— жук-олень (х0,3); 16 — большой дубовый У^ч (х0,5). Корни: 17— корневая орехотворка (х 3); 18— майский хрущ, личинка (х0,2); 19 —

полостый щелкун (х 1)

массы микроорганизмами-редуцентами. Потребляя кислород и выделяя диоксид углерода при дыхании, животные оказывают влияние на химический состав атмосферы. Животные, главным образом насекомые, участвуют в опылении растений. Многие виды животных, преимущественно почвенных, воздействуют на процессы почвообразования при помощи рыхления и перемешивания почвенной массы, удобрения почв экскрементами.

Перемещаясь из одних биогеоценозов в другие, животные участвуют в функционировании межбиогеоценозных «каналов», в осуществлении межэкосистемных связей.

В процессе совместного развития (коэволюции) разные виды растений и животных приспособились друг к другу. Численность видов, вовлеченных в систему адаптивных взаимосвязей, различна, причем характер их взаимовлияний может приобретать самые разнообразные формы. Иногда адаптивные взаимосвязи организмов очевидны, в других случаях сложны и выявляются только с помощью специально проведенных исследований.

Классическим примером коэволюции растений и животных могут служить взаимоотношения между растениями ваточника, бабочками данаидами и голубыми сойками, описанные Дж. Харбор-ном. Автор раскрывает последовательность событий, связывающих эти биологические виды в единую адаптивную систему.

1. В процессе фотосинтеза в тканях ваточника образуются сердечные гликозиды, играющие роль защиты растений от насекомых. Гликозиды горьки на вкус и токсичны для высших животных.

2. Ваточник — основной кормовой объект гусеницы данаиды. Гусеница адаптируется к гликозидам. Токсины накапливаются и долго сохраняются в организме насекомого.

3. Покидая растение-хозяина, взрослая бабочка в своем теле содержит определенный запас защитных для нее токсических ве-ществ-гликозидов.

4. Голубые сойки делают попытку использовать бабочек в качестве источника пищи, но ядовитые гликозиды вызывают отравление. У соек появляется симптом тяжелого заболевания — рвота.

5. Голубые сойки приобретают отрицательный пищевой рефлекс: прекращают поедать бабочек. Отрицательная пищевая реакция в форме условного рефлекса увязывается ими с внешним видом ядовитой пищи — яркой окраской бабочки, которая становится предостерегающей.

Указанная схема, вероятно, неполно отражает действительность, но она довольно ярко характеризует основные закономерности адаптивных реакций видов, составляющих биоценоз, в процессе их эволюции.

Жизнедеятельность биоценозов сопровождается синтезом и распадом органического вещества. Они стимулируют биотический круговорот — важнейший фактор длительного (теоретически — вечного) существования жизни на Земле.

В природных БГЦ геохимические циклы почти полностью замкнуты, а процессы притока-оттока веществ почти полностью сбалансированы. Растения, синтезирующие органические вещества из простых неорганических соединений, «зафиксированы» в почве своих местообитаний. Минерализация фитомассы происходит на месте их произрастания. Хотя животные, обладающие двигательной активностью, меньше привязаны к месту своего рождения, большинство аборигенов не покидают экосистему, к которой они хорошо приспособлены и которая наиболее пригодна для их обитания. Поэтому минерализация почти всей зоомассы, как и фотомассы, происходит там, где она образовалась.

Продукты разложения отмерших частей растений и тел животных захороняются в почву. Гумус обогащается питательными веществами, разнообразными макро- и микроэлементами. Плодородие почв хотя и медленно, но возрастает. Из года в год, из века в век биологическая продуктивность БГЦ увеличивается.

Относительная замкнутость биотического круговорота, сбалансированность процессов синтеза и распада органических веществ в БГЦ — одна из характерных черт природных комплексов, находящихся в стабильном (климаксном) состоянии. Однако «фоновая» биогеохимическая обстановка в биогеоценозах разных географических зон неодинакова. Это объясняется различиями экологических условий, сложившихся в тундре, тайге, степях, пустынях и тропиках.

Так, в тундровых БГЦ мало солнечного света и тепла, особенно в зоне вечной мерзлоты. Здесь произрастают многолетние растения с коротким периодом вегетации, доминируют мхи и лишайники. Из-за сильных морозов и метелей выживают лишь низкорослые древесные растения: карликовая береза, ива. Беден видовой состав не только флоры, но и фауны. В тундре обитают лемминги, северные олени, горностаи, песцы, а из птиц — белые куропатки и полярные совы. Синтез и распад органического вещества в тундре замедленны, скорость геохимических циклов снижена, химические реакции в почвах заторможены. Геохимия кислых тундровых ландшафтов характеризуется увеличением в почвах водородных ионов, уменьшением подвижных форм кальция, азота, меди, других макро- и микроэлементов. Поскольку почвы бедны растворами химических соединений, воды в тундре обычно слабо минерализованы. Они пресные или даже ультрапресные, как дистиллированные.

Таежные (лесные) БГЦ расположены южнее тундровых. В тайге по сравнению с тундрой лето продолжительнее, зима короче. Климатические условия благоприятны для роста деревьев. Огромную территорию тайги покрывают хвойные леса, переходящие на юге в смешанные и широколиственные. В таежных БГЦ фауна разнообразнее. Так, в тундре обитает один вид семейства оленьих, в тайге — около десяти. Синтез и распад органического вещества в тайге происходят активнее, чем в тундре. Однако и здесь скорость биотического круговорота невелика, так как химические элементы в телах долгоживущих деревьев задерживаются надолго. Геохимия таежных БГЦ характеризуется высокой концентрацией водородных ионов в почвах. Почвы здесь кислые, и только в местах залегания известняков они приобретают нейтральную или щелочную реакцию. В большинстве биогеоценозов в почвах отмечается дефицит содержания подвижных форм кальция, калия, фосфора, кобальта, йода, других макро- и микроэлементов. Минерализация воды в разных БГЦ неодинакова. В водах таежного севера минеральных веществ обычно меньше, чем в водах южных лесов.

Степные БГЦ сформировались в условиях теплого сухого климата, благоприятного для роста травянистой растительности. Видовой состав животных зде'сь разнообразнее, чем в тайге. Среди млекопитающих преобладают грызуны и копытные. Биотический круговорот в степных БГЦ ускорен. Темпы синтеза органического вещества высоки, так как степные травы растут быстро. Большая часть фитомассы ежегодно отмирает, формируются мощные черноземы, богатые гумусом. Хотя в степях, как и в тайге, разложение органических веществ сопровождается образованием гумусовых и иных кислот, в степных БГЦ почвы некислые. Кислоты нейтрализуются кальцием и другими щелочными элементами, образующимися при минерализации фитомассы. Ресурсы подвижных макро-и микроэлементов в почвах степных БГЦ обычно велики, и это создает благоприятные условия для минерального питания новых поколений быстрорастущих травянистых растений. Биогеохимия почв влияет на реакцию воды, которая обычно нейтральная или щелочная. Концентрация минеральных солей в ней обычно высокая (жесткая вода).

Пустынные БГЦ расположены, как правило, в глубине континентов с жарким сухим климатом. В них осадков выпадает мало, испарение усилено. Растительность бедная, разреженная. Видовой состав животных невелик. Из копытных встречаются антилопы и верблюды, хорошо приспособленные к жизни в пустыне. Масштабы синтеза и распада органических веществ ничтожны. Влияние живого вещества на водную миграцию химических элементов крайне слабое. Питательных веществ в почве мало. Там, где грунтовые воды находятся на небольшой глубине, они засоляют почву и образуются солончаки. Реакция воды чаще всего щелочная. В такой воде много солей, она жесткая.

Биогеоценозы тропических лесов сформировались в теплом влажном климате. Видовой состав растений и животных здесь необычайно богат. Процессы синтеза и распада органических веществ протекают интенсивно, биотический круговорот ускорен. При бурном разложении органических веществ образуется много кислот. Под влиянием воды, обогащенной кислотами, происходят разрушение почв и вынос подвижных химических элементов в

океан. И все же полного перемещения всех химических элементов из БГЦ не происходит, так как часть их захватывается организмами и вновь вовлекается в геохимический цикл.

Своеобразие биотического круговорота и геохимической обстановки, обусловленное шарообразностью Земли, повлияло на распределение видов растений и животных в местообитаниях тундровых, таежных, степных, пустынных биогеоценозов и т. д.

Замкнутость биотических круговоротов природных биогеоценозов относительна. В процессе эволюции биосферы круговороты изменяются, происходит поступательное развитие и преобразование БГЦ. Например, болотная экосистема с травами, растущими в прибрежной полосе, может трансформироваться в травяной биогеоценоз. Причина этого в том, что после каждого годичного геохимического цикла определенное количество органических веществ, не подвергшихся полной минерализации, захороняется и остается на дне болота в форме ила. Дно поднимается, болото мелеет. Оно все более и более зарастает травами и в конце концов превращается в травяной биогеоценоз.

Энергия Солнца — движущая сила биотического круговорота и разнообразных проявлений жизни на всех уровнях ее организации: биосферном, биоценотическом, популяционном, организменном, клеточном и молекулярном. Солнечные лучи улавливаются орга-низмами-продуцентами и трансформируются ими в химическую энергию углеводов, белков и жиров своих тел. Затем эта энергия с фитомассой передается консументам и редуцентам.

Переход энергии по пищевой (трофической) цепи подчиняется правилу десяти процентов. Согласно ему организмы каждого трофического уровня усваивают в среднем лишь 10 % (от 7 до 17 %) энергии. Остальная часть энергии превращается в тепло, рассеивается и теряется.

Потеря энергии при ее переносе с одного трофического уровня на другой определяет структуру экологической пирамиды, отражающей соотношение биомасс между продуцентами, консументами и редуцентами. В наземных биогеоценозах живая масса продуцентов больше, чем консументов, биомасса консументов первого порядка больше, чем консументов второго порядка, и т. д. В обратный поток (от редуцентов к продуцентам) поступает лишь ничтожное количество изначально вовлеченной энергии (не более 0,25 %). Поэтому о круговороте энергии говорить нельзя. Поток энергии движется в одном направлении. Он подчиняется закону однонаправленности потока энергии. Поток солнечной энергии определяет организованность биогеоценозов, их сбалансированность, оптимальность взаимоотношений между живой и неживой природой, флорой и фауной.

В БГЦ, развившихся в процессе эволюции биосферы, сформировались оптимальные пищевые цепи, сложилось энергетическое равновесие. Трофически и энергетически взаимосвязанные виды организмов — растения, производящие органическое вещество, растительноядные животные, потребляющие фитомассу и преобразующие ее в органическое вещество своих тел, хищники, поедающие травоядных, и т. д. — приспособились друг к другу и к условиям своего существования. Ни один вид гетеротрофных организмов не способен расщеплять органическое вещество растений до конечных продуктов распада (диоксида углерода, воды и минеральных солей). Каждый вид потребляет лишь часть содержащейся в органическом веществе энергии, отдавая в среду то, что могут использовать другие. Переход веществ и энергии с одного трофического уровня на другой не причиняет вреда ни одной из взаимодействующих популяций.

Пищевые цепи имеют важное биогеоценотическое значение. Они играют большую роль в функционировании биогеоценоза, его самоуправлении и саморегуляции. БГЦ как биокосная система состоит из двух взаимосвязанных подсистем: управляемой и управляющей. Управляемой системой являются растения, производящие органическую массу, т. е. продуценты. Управляющая система БГЦ состоит из консументов и редуцентов, т. е. из комплекса взаимосвязанных организмов, потребляющих органическое вещество растений и переводящих его в другие формы. Рост растений регулируют растительноядные животные — они поедают излишнюю биомассу. Растительноядных, в свою очередь, «контролируют» хищники и паразиты. Они препятствуют безмерному размножению растительноядных и излишнему выеданию растительности. Над паразитами есть «управляющие» сверхпаразиты и т. д.

По правилу Эшби, управляющая система не может быть проще, чем управляемая; она всегда сложнее. Механизмы саморегуляции биогеоценозов сложны и необычайно тонки. В зависимости от состояния природного комплекса они могут приобретать разнообразные, нередко парадоксальные формы. В определенных условиях управляющая система становится управляемой. Так, например, снижение биологической продуктивности растений в экстремальных условиях (засуха, наводнение и т. д.) по типу обратной связи неизбежно приведет к уменьшению численности растительноядных, хищников, т. е. трансформации управляющей системы в управляемую.

Развитие сообщества растений и животных, населяющих БГЦ, во многом определяется и управляется информационными процессами. Информация проявляется на всех уровнях организации жизни — от молекулярного до биосферного. У. Джексон отмечал, что то, что мы видим, идя по прерии, — это не что иное, как миллиарды биологических «бит» взаимодействующей информации — молекул ДНК и РНК в растительных видах. Генетическая программа определяет развитие особей. Информационная система играет решающую роль во взаимоотношениях между отдельными особями, популяциями, разными видами в фитоценозах и зооценозах, растениями и животными, составляющими биоценоз, между биотой и окружающей ее средой. Суммарный фонд информации природных комплексов необычайно велик. Он играет огромную роль в процессах, связанных с регуляцией и управлением биогеоценозов, их устойчивостью и надежностью.

В процессе длительной эволюции природные биогеоценозы приобрели особые свойства, называемые экологической устойчивостью и надежностью. Экологическая устойчивость выражается в способности природной системы сохранять свои структуру и функции в условиях внешних воздействий. Экологическая надежность — понятие более общее, чем устойчивость. Механизмы экологической надежности носят более широкий и фундаментальный характер.

В качестве универсального принципа обеспечения надежности биогеоценозов, как и других биокосных и биологических систем, выступает гетерогенность их структуры. Гетерогенность проявляется на всех уровнях организации биогеоценоза. При рассмотрении биогеоценоза как целого особенно четко проявляется его парацел-лярная гетерогенность. Каждый БГЦ связан с более или менее однородным участком земной поверхности, однако его однородность не носит абсолютного характера (Дылис).

В пространстве и во времени биогеоценозу присуща изменчивость как процессов, в нем происходящих, так и его структурной организации. Признаки изменчивости наблюдают в фитоценозе, зооценозе, в биокосных и неживых телах, во взаимосвязях между ними, в функционировании БГЦ как системы.

Гетерогенность состава биосистем как принцип обеспечения их надежности особенно ярко проявляется на популяционном уровне (Злобин). Для любой популяции дикорастущего растения характерна высокая гетерогенность по набору экотипов, имеющих генетическую обусловленность, по возрастности, виталитету, многим морфологическим и биохимическим признакам особей. Дикорастущие растения заметно отличаются друг от друга по размеру, высоте, количеству цветков, срокам цветения и плодоношения. Гетерогенность популяции увеличивает ее адаптационные возможности и экологическую надежность. От надежности молекулярных, клеточных и тканевых систем многоклеточных организмов зависит их свойство сохранять высокую жизнеспособность и естественную резистентность.

Натурбиогеоценозы могут практически бесконечно функционировать в пределах неизбежных экзогенных и эндогенных флуктуаций. В них сформировались механизмы самосохранения и самовосстановления. В пределах естественных для системы суточных, сезонных, межгодовых и вековых колебаний в ней поддерживается подвижное экологическое равновесие, и биогеоценоз, постоянно обновляясь, сохраняет свою структуру и функцию; он может «работать» бесконечно долго.

Однако экологическая устойчивость и надежность БГЦ небеспредельны. Под воздействием тех или иных факторов, чаще всего экстремальных, механизмы регуляции БГЦ могут быть подавлены, нарушены. В этих случаях биогеоценоз может измениться, трансформироваться. Так, например, лес на севере сменяется тундрой, а на юге — степью или даже пустыней. Роль природных факторов в изменении биогеоценозов велика. Но она несравнима с теми грандиозными изменениями в природе, которые происходят под влиянием разнообразной деятельности людей.

3.3. СЕЛЬСКОХОЗЯЙСТВЕННЫЕ ЭКОСИСТЕМЫ

Под сельскохозяйственной экологической системой понимают природный комплекс, преобразованный сельскохозяйственной деятельностью человека. Как и любые биокосные системы, они имеют многоуровневую, иерархически обусловленную организацию. Сельскохозяйственные экосистемы низшего ранга входят в состав системных образований более высокого уровня и им соподчинены. Сельскохозяйственной экосистемой наивысшего иерархического уровня считается агросфера — поверхность суши, вовлеченная в сельскохозяйственное производство (Злобин).

Агросфера состоит из экологических систем низшего уровня — аграрных ландшафтов, которые, в свою очередь, представляют совокупность полевых, пастбищных, ферменных биогеоценозов. В аграрных ландшафтах человек создал природно-технические системы для обитания растений (теплицы, оранжереи и т. д.), млекопитающих животных (коровники, свинарники, конюшни, кошары), птиц (птичники, птицефабрики), полезных насекомых (ульи для пчед и т. д.). Теплицы и оранжереи, скотные дворы, животноводческие фермы и комплексы, ульи и аквариумы — это природно-технические системы, функционирующие по принципу искусственных биогеоценозов.

Агросфера — продукт сельскохозяйственной деятельности человека — главного компонента антропогеоценозов. Первую обстоятельную характеристику антропогеоценозов дал В. П. Алексеев. Антропогеоценоз — биокосная система, компонентами которой являются люди, человеческие поселения (по терминологии В. П. Алексеева, человеческие популяции — в биологическом понимании, хозяйственный коллектив — в социально-экономическом) и окружающая человека живая и неживая природа.

Антропогеоценоз может не ограничиваться пределами населенного пункта. Он может распространяться на всю территорию, которую население эксплуатирует, на все пространство, являющееся объектом хозяйственной деятельности людей.

Сельскохозяйственная экология находится в стадии развития, поэтому еще нет единого общепризнанного определенйЯ агробиогеоценозов и агроэкосистем. Так, по Н. Ф. Реймерсу, агробиогеоценоз характеризуется как неустойчивая экологическая система с искусственно созданным или обедненным видом естественным биотическим сообществом, дающим сельскохозяйственную продукцию. Биотической частью агробиогеоценоза служит агробиоценоз — созданное и регулярно поддерживаемое сообщество, обладающее малой экологической надежностью, но высокой урожайностью (продуктивностью) одного или нескольких видов (сортов, пород) растений или животных. Следовательно, под агробиогеоценозом подразумевается экосистема, предназначенная не только для выращивания растений, но и для разведения животных.

Б. М, Миркин, Г. С. Розенберг и Л. Г. Наумова дают несколько иную характеристику агробиогеоценоза. Они считают, что агробиогеоценоз — это полевой участок, который представляет собой совокупность агробиоценоза и почвы с прилегающим слоем атмосферы. Агробиогеоценоз, по авторам, — элемент агроэкосистемы. Экосистема — безранговое понятие, совокупность биогенных и абиогенных компонентов участка суши, используемого для производства сельскохозяйственной продукции (растительной и животной). Следовательно, понятия агробиогеоценоза неодинаковы. Биогеоценоз, по Н. Ф. Реймерсу, больше напоминает то, что Б. М. Миркин и его соавторы называют агроэкосистемой. В то же время термином «агроэкосистема» нередко обозначают и теплицы, и оранжереи, и поля, и животноводческие фермы, и индивидуальные или коллективные хозяйства, и аграрные ландшафты, и агросферу.

Авторы данного учебного пособия используют экологические термины в следующем понимании:

агросфера — глобальная экосистема, объединяющая всю территорию Земли, преобразованную сельскохозяйственной деятельностью человека;

аграрный ландшафт — экосистема, сформировавшаяся в результате сельскохозяйственного преобразования ландшафта (степного, таежного и т. д.);

сельскохозяйственная экологическая система (или сельскохозяйственная экосистема) — экосистема на уровне хозяйства; агробиогеоценоз — поле, сад, бахча, теплица, оранжерея; пастбищный биогеоценоз — природное или культурное пастбище, используемое для выпаса сельскохозяйственных животных;

ферменный биогеоценоз — конюшня, коровник, свинарник, кошара, птичник, животноводческий комплекс, зоопарк, виварий.

Несмотря на большое разнообразие, сельскохозяйственные экосистемы разных уровня и иерархии имеют много общего, что отличает их от природных экосистем. Отличительная особенность сельскохозяйственных экосистем в том, что они — продукт преобразования природных БГЦ. Преобразуя натурбиогеоценозы в сельскохозяйственные экосистемы, человек изменял живые и неживые компоненты природных комплексов: растительный и животный мир, почву, воду. Естественную растительность уничтожали, заменяли новой, необходимой для удовлетворения потребностей человека. Исчезли многие виды диких животных; их заменили домашние (сельскохозяйственные) животные.

В сельскохозяйственных экосистемах (агробиогеоценозах, пастбищных и ферменных БГЦ) пищевые цепи вовлечены в сферу деятельности человека. В них изменена экологическая пирамида. На вершине экологической пирамиды встал человек. Своеобразие экологической пирамиды, на вершине которой находится человек, — специфический признак любой сельскохозяйственной экосистемы.

В сельскохозяйственных экосистемах спектр видов растений и животных обеднен. Аграрные и ферменные биогеоценозы мало-компонентны. Малокомпонентность — один из признаков сельскохозяйственных экосистем.

Антропогенное преобразование природных ландшафтов в аграрные происходило в течение тысячелетий.

Первой системой земледелия была подсечно-огневая, которая у некоторых племен сохраняется до сих пор. При этой системе земледелия проводят сжигание леса, а на освободившейся территории, покрытой золой, — посев и выращивание растений. Из-за быстрого истощения почв срок использования полей невелик. В умеренных широтах он порядка десяти лет, а в тропиках всего 2—3 года. Поля, утратившие плодородие, забрасывали. В результате сукцессионных процессов естественная растительность постепенно возрождалась, плодородие почв восстанавливалось. На некогда покинутых территориях вновь сжигали леса и высвободившиеся земли опять вовлекались в сельскохозяйственный оборот.

Подсечно-огневую систему земледелия сменила залежно-переложная. Суть ее в том, что после 5—10-летнего использования поля превращаются в залежь, затем в целину. Зацелинение бывшей пашни обусловливало постепенное восстановление плодородия почв и способствовало освобождению полевого участка от сорняков. Сорные растения не способны конкурировать с такими степными злаками, как ковыль, типчак, — из целинного травостоя сорняки обычно выпадают.

Залежно-переложную систему в некоторых регионах применяют и в настоящее время. Так, бахчи арбузов в низовьях Волги перемещают с одного места на другое. «Кочевка» арбузных бахчей — эффективный метод борьбы с заразихой — сорняком-паразитом, резко снижающим урожай арбузов.

Прогресс в растениеводстве тесно связан с развитием животноводства. При беспрерывном использовании одних и тех же полей, садов и огородов, получении на них устойчивых высоких урожаев необходимо проводить мероприятия по поддержанию « воспроизводству плодородия почв. Почвы обогащают удобрениями, главным образом навозом. Отходы животноводства оказались полезными для развития растениеводства. В то же время растениеводство — важнейший фактор развития животноводства, так как фитомассу полей (лесов, садов и т. д.) используют для кормления сельскохозяйственных животных. Таким образом, при оптимальном развитии растениеводства и животноводства увеличивается производство зерна, овощей, корне- и клубнеплодов, фруктов, мяса, молока, яиц, шерсти и другой сельскохозяйственной продукции.

Во многих аграрных ландшафтах, где природные механизмы саморегуляции и оптимизации экологической обстановки в сельскохозяйственных биогеоценозах не были нарушены, сельское хозяйство развивалось эффективно. Здесь агроландшафт не оказывал губительного влияния на окружающую среду, на сопряженные с ним природные комплексы.

Однако гармония в природе наблюдается не всегда. Исторические данные свидетельствуют о том, что уже в период древнего мира отмечены случаи экологических катастроф, связанных с деградацией почв, исчезновением водоемов, изменением климата, подрывом самих основ земледелия, растениеводства и животноводства.

По мере расширения агросферы и интенсификации сельского хозяйства экологические катастрофы стали чаще и тяжелее. Экологические проблемы сельского хозяйства особенно резко обострились в современную эпоху научно-технического прогресса.

Другая особенность сельскохозяйственных экосистем — появление в них искусственного отбора и селекции растений и животных.

Окультуривание растений и одомашнивание животных происходили на заре формирования сельского хозяйства, примерно 12— 14 тыс. лет назад. Растениеводство и животноводство в разных регионах возникали неодновременно. Эти две отрасли сельского хозяйства не всегда были тесно связаны между собой. До сих пор существуют племена, которые не занимаются земледелием, они потребляют в основном животную пищу. Известны земледельцы, не занимающиеся животноводством. Они производят продукты растениеводства, а животную пищу получают охотой и рыболовством в обмен на свою продукцию у скотоводов.

На начальных этапах развития сельского хозяйства человек проводил искусственный отбор растений и животных стихийно, бессознательно, без четкого представления о конечных результатах. И только с конца XVIII в. стали осуществлять целенаправленный отбор растений и животных по заранее разработанному плану. За относительно короткий период выведены разнообразные высокоурожайные сорта растений и продуктивные породы животных, отвечающие социально-экономическим потребностям людей.

Долгое время искусственный отбор растений имел одну цель: получить высокий урожай. В результате растения утеряли свой «оборонный потенциал», способность противостоять болезням. Поэтому в агробиогеоценозах нередко возникали вспышки массовых болезней растений.

О том, как происходил процесс одомашнивания животных, можно судить по археологическим данным и результатам современных исследований по изучению содержания диких животных в неволе (в зоопарках идр.). Можно предположить, что в первую очередь приручению и одомашниванию подвергались животные с определенными поведенческими фенотипами: неагрессивные, покорные. Особей, проявляющих резко выраженную реакцию страха и крайнюю агрессивность, обычно исключали из разведения. Искусственный отбор и селекция сыграли важную роль в выведении высокопродуктивных пород крупного рогатого скота, свиней, кур и других видов млекопитающих и птиц.

Однако искусственный отбор и селекция в некоторых случаях имели негативные последствия. В аграрных ландшафтах успешнее размножались животные, приспособленные для жизни в условиях, созданных человеком (пастбища, хлевы и т. д.). С увеличением зависимости от искусственных условий местообитания и питания сохранились такие генотипы, которые вряд ли выжили бы в дикой природе. При заботе со стороны человека генетически неполноценные животные обычно не вымирают. При этом «неполноценные», «вредные», «отрицательные» гены не исчезают, а продолжают накапливаться и размножаться в популяциях. Это привело к возникновению и накоплению наследственного бремени («генетического груза») в животноводстве.

Домашние животные по сравнению со своими дикими предками менее устойчивы к болезням. Среди них возникают массовые заболевания.

Процесс доместикации животных до сих пор не закончен. И в настоящее время проводят одомашнивание копытных (лося, марала идр.), птиц (страусов, диких индеек, куропаток, перепелов идр.).

Важная особенность сельскохозяйственных экосистем — целенаправленное или непреднамеренное антропогенное изменение условий жизни культурных растений и домашних животных.

Искусственный отбор и селекция растений и животных сопровождались преобразованием других компонентов экосистем: почвы, воды и т. п.

При помощи агротехнических мероприятий природные почвы преобразованы, окультурены. Такие почвы приобрели иные физико-химические и биологические свойства; появились искусственно созданные почвы (агроземы), не имеющие природных анало-гов.

Искусственные почвы иногда используют в парниках и теплицах. Искусственная почва, как и естественная, должна быть достаточно буферной к воздействию растений, обладать способностью «саморегулировки» и т. д. В Болгарии для выращивания роз и табака применяют искусственную почву, получившую название перлитовой. В определенных микроклиматических условиях минерал перлит увеличивает свой объем, в нем возрастает количество пор, повышаются влагоемкость и буферность материала. Такие же пористые почвы формируются на Камчатке на вулканическом пепле. Искусственная почва в какой-то мере имитирует естественную (Карпачевский).

Антропогенные изменения почв в аграрных ландшафтах нередко имели негативные последствия. На обрабатываемых полях, в садах и огородах почвообразование заметно замедлилось. Это обусловлено рядом причин. Одна из них — безвозмездное отчуждение фитомассы с урожаем и связанное с этим ослабление процессов образования гумуса, его накопления в почве.

Другая причина деградации почв — антропогенная эрозия (водная, ветровая и др.). Во многих регионах земного шара некогда плодородные земли подверглись эрозии и утратили плодородие. Они оказались непригодными для сельского хозяйства.

В некоторых аграрных ландшафтах изменились гидрологические условия: понизилась влажность воздуха и почв при сведении лесов, климат стал суше. Вырубка лесов в субтропической и тропической зонах иногда приводила к иссушению почв, их деградации. Уровень грунтовых вод снижался, пересыхали и исчезали реки. В некоторых местах возникли пустыни. Процессы опустынивания характерны для Африки, Передней и Средней Азии, других регионов земного шара. Снижение уровня грунтовых вод, уменьшение влажности почв отмечены в аграрных ландшафтах, где проводили осушение заболоченных территорий.

Влажность почв и отчасти воздуха повышается при поливе садов, огородов, полей, лугов и пастбищ. Создание искусственных водоемов иногда способствует подтоплению почв и заболачиванию обширных территорий.

Характерной особенностью аграрных ландшафтов как экосистем является то, что в них пищевые (трофические) цепи и биотический круговорот вовлечены в сферу человеческой деятельности. Человек оказывает влияние на условия питания растений и животных. Он улучшает условия минерального питания растений при помощи внесения в почвы удобрений, обогащения воздуха С02 (в теплицах и т. д.). Разработаны специальные технологии подкормки сельскохозяйственных культур, садово-ягодных и фруктовых растений, луговых трав. Предложены режимы кормления животных в условиях их пастбищного и стойлового содержания.

Сельскохозяйственным экосистемам свойственна разомкну-тость биотического круговорота. Разомкнутость круговорота химических элементов определена особенностями организации сельскохозяйственных экосистем, их структурой и функцией, той ролью, какую они выполняют. Основное назначение сельскохозяйственных экосистем — снабжать население продуктами растениеводства и животноводства. Эту задачу можно решить только за счет коренной перестройки потоков веществ в сельскохозяйственных экосистемах и в окружающей их среде. Фитомассу, выращенную на полях, в садах, огородах, теплицах, используют в аграрном ландшафте лишь отчасти — для питания сельского населения и кормления сельскохозяйственных животных. Эта относительно небольшая часть биомассы преобразуется в сельскохозяйственных экосистемах и возвращается в почвы агробиогеоценозов в форме навоза. Макро- и микроэлементы, изъятые из почв с урожаем, не полностью возвращаются в нее с навозом. С органическими удобрениями возмещается только приблизительно четвертая часть химических элементов, изъятых из почв с урожаем. Большая часть химических элементов, связанных в фитомассе, в виде зерна, корне- и клубнеплодов, фруктов мигрирует за пределы сельскохозяйственных экосистем, главным образом для снабжения городского населения продуктами питания, для обеспечения нужд промышленности растительным сырьем.

За пределы сельскохозяйственных экосистем мигрируют химические элементы, содержащиеся не только в фитомассе, но и в зоомассе — в телах сельскохозяйственных животных и птиц, в получаемых от них продуктах: молоке, шерсти, яйцах и т. д.

Химические элементы, экспортируемые с продуктами растениеводства и животноводства за пределы аграрных ландшафтов, выключаются из биотического круговорота сельскохозяйственных экосистем. Поступая с экскрементами людей в канализационные системы городов, других населенных пунктов, они вовлекаются в геологический круговорот.

Утечке химических элементов из сельскохозяйственных экосистем способствует традиционный способ утилизации трупов павших животных. Химические элементы, содержащиеся в них, при захоронении в могильники надолго выключаются из биотического круговорота сельскохозяйственных экосистем.

Биотический круговорот нарушается также в результате притока в сельскохозяйственные системы минеральных, азотных, фосфорных, калийных удобрений, пестицидов и других веществ.

В сельскохозяйственные экосистемы ежегодно поступает значительное количество разнообразных пестицидов, предназначенных для борьбы с вредными насекомыми, сорными растениями и другими вредителями сельского хозяйства. Пестициды включаются в пищевые цепи и биотический круговорот.

Следовательно, в сельскохозяйственных экосистемах изменяется баланс химических веществ: приток — отток. Это влияет на геохимическую обстановку в аграрных ландшафтах, состояние флоры и фауны, биологическую продуктивность и воспроизводи -тельную способность культурных растений и сельскохозяйственных животных, качество продуктов растениеводства и животноводства.

Неблагоприятные изменения геохимической обстановки в сельскохозяйственных экосистемах могут иметь негативные последствия: стать причиной заболеваний растений (эпифитотий), животных (эпизоотий) и людей (эпидемий). Поэтому необходимо разработать методы регуляции и оптимизации биотического круговорота в сельскохозяйственных экосистемах и окружающей их среде.

В аграрных ландшафтах изменен поток энергии. В них наряду с солнечной энергией используют дополнительные энергетические ресурсы (энергетические субсидии). Энергетическая субсидия — это вспомогательный поток энергии, затрачиваемый на обработку земли, орошение, удобрение почв, борьбу с вредными насекомыми ит. Д.

Энергоемкость агроэкосистем закрытого грунта как особой формы растениеводства очень высока. Закрытый грунт используют для выращивания сельскохозяйственных растений, главным образом овощей и цветов, под защитой стекла или прозрачной пленки, что создает под ними благоприятные экологические условия. Природно-технические системы закрытого грунта бывают неотапливаемыми (парники, вегетационные домики) и отапливаемыми (теплицы идр.).

Закрытый грунт позволяет получать несколько урожаев в год, но это крайне трудоемко и обычно требует больших затрат дополнительной энергии.

Дополнительную энергию используют в сельскохозяйственных системах в самых разнообразных формах, например сжигание топлива в двигателях внутреннего сгорания тракторов, комбайнов и др. Много энергии овеществлено в производстве удобрений и пестицидов, используемых в растениеводстве.

Энергетические субсидии в земледелие растут из года в год. Повышение урожайности культур сопровождается значительным повышением их энергоемкости.

Существуют скрытые затраты дополнительной энергии и на производство животноводческой продукции. Энергетические субсидии необходимы для строительства животноводческих помещений, поддержания в них оптимального микроклимата (тепло, свет и др.), охраны животных от заболеваний и т. д.

При создании сельскохозяйственных экосистем осуществляли «энергетический» отбор растений и животных. Суть его в том, что в результате искусственного отбора и селекции преимущества получали организмы, более полно использующие энергетические Дотации. Растениеводами и животноводами были выведены, размножены и широко распространены такие формы растений и жи-В0ТНЫХ, которые используют дополнительную энергию не столько на саморегуляцию и самосохранение, сколько на синтез органического вещества живой массы своих тел, т. е. фитомассы (урожая) и зоомассы (мяса, яиц и т. д.).

Г. Т. Одум отмечал, что чрезмерное одомашнивание превращает организмы в живые машины для производства органики. Таковы куры-несушки и молочные коровы, которые с трудом могут стоять. При интенсификации растениеводства и животноводства большая часть энергии для производства зерна потребляется не от Солнца, а из ископаемого топлива.

Увеличение вложений дополнительной энергии в сельское хозяйство подчиняется закону снижения энергетической эффективности природопользования. На начальном этапе растениеводства на 1 кДж человеческой мускульной энергии, затрачиваемой на обработку почвы, земледелец получал от 5 до 15кДж растительной пищи. В настоящее время ситуация коренным образом изменилась—для получения 1 кДж пищи человек затрачивает от 10 до 20 кДж энергии. В СШАс 1900 до 1970 г. количество энергии, затрачиваемой на 1 Дж производимой пищи на пашне, возросло в 10 раз, а урожайность увеличилась всего в 2 раза. Общая энергетическая эффективность сельскохозяйственного производства (соотношение вкладываемой и получаемой с готовой продукцией энергии) снижается во всех странах мира. Становится очевидным, что дальнейшее наращивание энергетических субсидий в сельском хозяйстве чревато еще более опасными последствиями: загрязнением атмосферы, гидросферы, педосферы, окружающей среды и, следовательно, ухудшением условий жизни людей, опасностью возникновения у них заболеваний.

Сельскохозяйственные экосистемы отличаются от природных характером их регуляции и управления. Природные биогеоценозы саморегулируемы, самоуправляемы. В полевых, пастбищных и ферменных биогеоценозах, т. е. во всех сельскохозяйственных экосистемах, механизмы саморегуляции и самоуправления нарушены. Процессы, протекающие в сельскохозяйственных экосистемах, регулируют не столько механизмы саморегуляции и самоуправления, сколько деятельность человека. Человек выполняет роль и «внутреннего», и «внешнего» регулятора. По мере углубления интенсификации и специализации сельскохозяйственного производства характер управления сельскохозяйственными экосистемами изменяется, оно становится все менее «внутренним» и все более «внешним».

На протяжении большей части истории сельского хозяйства США основным регулятором сельскохозяйственных экономических экосистем был фермер, заинтересованный в том, чтобы передать свою ферму потомкам в лучшем состоянии. Сельскохозяйственная экосистема, управляемая фермером, приспосабливалась к изменению местных экологических условий, реагировала на них адекватно. В последнее время регулирующие функции "от фермера переходят к другим владельцам — корпорациям, федеральному правительству, находящимся далеко от хозяйства (фермы), заинтересованным не столько в сохранении сельскохозяйственных угодий, сколько в получении максимума растениеводческой и животноводческой продукции.

Управление сельскохозяйственными системами «издалека» оказалось менее совершенным, а в ряде случаев вредным, так как стало трудно, а порой невозможно проводить постоянный строгий учет изменений местных экологических условий и процессов, протекающих в аграрных, пастбищных и ферменных БГЦ (Одум).

Резкий переход от «внутреннего» к «внешнему» управлению сельским хозяйством происходил и в нашей стране в период преобразования единоличных хозяйств в коллективные. Сельским хозяйством стали управлять из центра — района, области, республики, столицы страны. Механизм управления сельскохозяйственными экосистемами преобразовался из адекватного, экологичного в неэкологичный. Произошли негативные изменения сельскохозяйственных экосистем, их разрушение и гибель.

Итак, преобразование природных ландшафтов в сельскохозяйственные сопровождалось изменением живой и неживой природы, пищевых цепей, геохимических циклов. Экосистемы из многокомпонентных, богатых информацией превратились в малокомпонентные, информативно обедненные или из гетерогенных в гомогенные (рис. 16). На рисунке графически изображена зависимость между

Чрезвычайно

высокая Высокая Низкая Нулевая

СТРУКТУРА ЛАНДШАФТА

Гомогенная

Г етерогенная

ВИДЫ СЕЛЬСКОХОЗЯЙСТВЕННОГО ПРОИЗВОДСТВА

Интенсивное

специализированное

растениеводство

Промышленное

животноводство

Пастбищное животноводство

Разрушение Природные

БГЦ БГЦ

Рис. 16. Зависимость между интенсивностью антропогенного фактора и изменением

структуры ландшафта

$

Естественная экосистема Сельскохозяйственная экосистема

х ■ • я ^ и и ^

•е-р я я

е-о з |

f&f§

«Ш&Ч

11-5 О.Л g Р Я

* ж « “

gS^g

Wooo

>< ± s

„Q S О •г 4) н

fgs

н ш * о ~ Г)

О. СО

" О S S н

о

со о

ж S ж г

2« О- о

О Я

я я

* я

о

о «

СЗ

S

S S 3 Л £ s Л

о Щ s

о

о

о 5 н 2 х 4>

-&S s

О С S

0.0 Ж * * X S Я “

s * а

в щ

о? _ X

я 5 -

XX Я н 4> »о>»

ё 2 ^

н

4>

£&

Н

О

£

О о

* с

о

a s

X Ш

4) 2

§оЗ

Е*

S -

О Я

5 S

С 2

I Я I о

5 0? SU4SUS' инЗиОу

5 2 5 п 2 л '

ь 5

s 5 £ ° о со

о « ■=* с s

S н U о О о о х 5 я

Я D 9 ^

О О S Я О. X

Я S

spa

5 4)

■е со

Ю DQ I 3 •• О О —

s-G* о 2 I но i2 I

О О. 2 со р ~ О • • у о 2 S-*

S t е*в й ей

1 н о ООН

4 * 3- ^ « о - J

0 S 3 S

2 СО О £2

§ о s S

а « § у « s s g s х ^ о gs S g

1 .Ня

5 ою «

|з ° д

et н

ч> w —<

^ ж s N S

g дЮ О

о 5 л И *ЭН5 о со 3 п. О svd ж

•©ж о g о. 5 I- о о с g-s В о

й *

U

Йй

Ч Л W X

О X

4> о

СО

я

>,йй\ г£ 03 _н 4) Н

О. о о о

S 4)

в о н X

CQ

о

н

S я .

>,4)0?

н О X е;ю

х

о.

о

X

н

н

S

п

о

X

Н

Я

я

оЗ

X

S

о

2* CQ С о

со

о Н

>, Св 5 Н-

$ О

Его

о X S 3 X X со -О в Ч О 4)

ан я S 5 Н-й w

О. со О о.

S*

S ж

в :

оЗ

X

СО

я

н

О?

оЗ

X -о га <и о.

££

•е*

аэ

н u

| | в sso

•е-й *

g Э «

SX3

ж Э

4)

а

о

* С небольшими дополнениями из учебного пособия Б. М. Миркина, Ю. А. Злобина «Агрофитоценология с основами агроэкологии» (Уфа, 1990).

Я

о) га - O.S н 4) -Я

. «

5 х

in ^

4) 4)

2 со 9 i=i

®3 О

Д с

S 1 а> X Н О

2 *

2 w ^ х я X о

а в а*

xs!

8s&

(—4) ■*<

05^

* ^ 4)

s^ss н н О Я

о х £

СО Ю 2

я га Я >^ о. со

Й § 5в s

1зс I’ll

ess|5-gg

g S« о 5 о Ж о о О со о СО 4) (J ьР х et Си о, =;

^ я ^ я S я

Л 03

X м н о О со в га 2 О.

x'g

О Л со Ч sr о сг си с

2. Свойства различных экосистем, влияющие на их стабильность и способность

накапливать питательные элементы (по Вудменси, 1987)

Экосистемные (биогеоценотические) свойства

Экосистемы (биогеоценозы)

природные

(натурбиогеоценозы)

культивируемые

(агробиогеоценозы)

Высокая

Низкая

»

Значительный

Много

Высокие

Много

Низкая

Высокое

Низкая

Высокая

»

Малый

Мало

Низкие

Мало

Высокая

Низкое

Скорость инфильтрации Величина стока Эрозия

Растительный покров

Опад и другие остатки

Потери почвенной влаги на испарение

Почвенные коллоиды

Температура почвы

Генетическое разнообразие

боте человека. Как только влияние человека на агробиогеоценозы прекращается, они «дичают» и через ряд сукцессионных изменений превращаются в природные биогеоценозы. М. В. Марков, изучавший агробиогеоценозы в средней полосе европейской части России, установил, что в хозяйствах лесной зоны заброшенные посевы яровых или озимых культур рано или поздно неизбежно превращаются сначала в луг, а затем в лес (березняк или осинник).

Таким образом, агробиогеоценозам присущ ряд специфических свойств, отличающих их от биокосных систем других форм.

3.4.3. КУЛЬТИВИРУЕМЫЕ РАСТЕНИЯ КАК КОМПОНЕНТ АГРОБИОГЕОЦЕНОЗА

Культивируемое растение — главный компонент не только экологической, но и социально-экономической системы. Посевы сельскохозяйственных культур, кормовых и лекарственных трав — это прежде всего социальный заказ с целью удовлетворения потребностей людей в той или иной продукции растительного происхождения: пище, кормах, сырье для промышленности и т. д. Культивируемые растения — не только продукт природы, но и объект человеческого труда. Поэтому их рост и развитие определяются как природными, так и антропогенными факторами.

В настоящее время в культуре возделывают около 4000 видов растений. Чаще всего проводят посевы культурных, реже — диких растений.

Несмотря на относительно большое разнообразие культурных растений, наиболее широкое распространение у земледельцев получили следующие (по Злобину):

яровые однолетние растения — возделывают наиболее широко, Имеют период вегетации от нескольких недель до нескольких месяцев;

с другом в специфические взаимоотношения и имеют определенный тип обмена веществом и энергией между собой и другими явлениями природы.

3.4.2. ОСОБЕННОСТИ АГРАРНЫХ БИОГЕОЦЕНОЗОВ

Отличительные особенности агробиогеоценозов от других форм экологических систем, как природных, так и сельскохозяйственных, приведены в таблице 1.

Сравнительная оценка агробиогеоценозов и других форм био-косных систем проводилась не только в России, но и за рубежом. Большой интерес с точки зрения агробиогеоценологии представляет работа Р. Г. Вудменси (табл. 2).

Данные таблицы 2 свидетельствуют о том, что скорость инфильтрации воды в почвенную толщу в аграрных биогеоценозах намного ниже, чем в природных. Просачивание воды в почву в определенной мере зависит от поверхностного стока. Чем меньше воды стекает с поверхности земли, тем больше ее впитывается в почву. Уменьшению стока в природных БГЦ способствует покрывающая почву растительность во время ее вегетации. В аграрных БГЦ культивируемые растения произрастают ограниченный срок: от времени высева семян до уборки урожая. В остальное время года почва либо оголена после вспашки, либо слегка прикрыта пожнивными остатками, почти не препятствующими стоку воды. Почвы аграрных БГЦ по сравнению с природными содержат меньше органических коллоидов, обладающих водоудерживающей способностью. Видовое разнообразие растений и животных в природных биогеоценозах (на-турбиогеоценозах) большое, в аграрных — малое. В натурбиогеоце-нозах популяции растений разных видов приобрели способность к сообитанию. В процессе длительной эволюции они приспособились друг к другу, их экологические ниши хорошо дифференцированы. Иная картина в агробиогеоценозах — в них экологические ниши дифференцированы слабо, во взаимоотношениях друг с другом у растений резко выражена конкуренция за питательные вещества и другие ресурсы.

Аграрные биогеоценозы отличаются от природных соотношением фитомассы, сосредоточенной в наземной и подземной сферах (т. е. в атмосфере и грунте). Коэффициент, отражающий отношение фитомассы, сосредоточенной в атмосфере, к фитомассе, сосредоточенной в грунте, в агробиогеоценозах составляет 0,5—0,8, а в природных БГЦ он всего 0,07—0,25. Следовательно, основное количество фитомассы в агробиогеоценозах сосредоточено в атмосфере, а в природных БГЦ — в земле.

В аграрных БГЦ в отличие от природных механизмы саморегуляции, самовоспроизведения и самосохранения подавлены. Их длительное существование возможно только при постоянной за-

&

Естественная экосистема Сельскохозяйственная экосистема

х - 1

§га О СУ С

о й „

лу 03 _

з- S -а SO“ н н У « s 2 g;§§ " о *s п ”gs | S 5

р?

го о о

* « * s s 3

t Ж К

ай “

§&§ А « ь

о« J 4S5

g 5 |

«Р

е| S га

ы О CQ

g G и

2

§§£

S$d.

аз р

PnS

^ О) о

а 5

я ^ о м N я s s asai

« Л !4 га

Ю I 03 Н £> _

йЗДс

ЗёЫ

«и нЭ ;

® и д (

о _ < m « :

i л 5 <и у

Й Ь у

Й2в

R ° га со * S

8 Я

н ж H л OhS® ft>>4 4) О X О О И ^ СО СО

Р 5 * ^

<*xo 5g:s£s

sagliseESi

Зжг2

Bw I s “SnSai s*'B.5

S ' х о *

0 я S Д S i2^iu

S' -fl О и я

Овуюо

1 s 2 о J t- 5 S о Й Я ®<Н о S Я с и w Я

° t- -о

s а* *

с_ 4) СС ai uSSSH у S Й Й I о {г SS а и _ о х \о s я I s >,й со Л ^ У с

S га а> cq Н Е-

в п &л Эю о S х S « ?.о

. N Т А Я 1

х °* ft № ^ - =i - • - о га

5F s О ^ й е* - ■

£&3^|§*

§Sss||s

О и 2 ^ ^ н

Й яsЙ с -

»Йо Й£я 0.0

5&*|*9££

«85§&§§Я8.

зД Я I 1 О

2B&£g.

®°о

m •&

S с а*

8 s 5 ts?:

a a чя з s в s

Я * д I 2 X о

- - 4) 2 К o,

?аа?2ю y и У С Й о « 5 5 S я з

ГО со >•> и о >% Е- I I I

а> а d о 3* о >» н У1йО OSA _ О ^

8«"

OSS д •©< О,

ОД г* О 3* с Г) >» У <и

Л I „ н

5ns«* ■2 о s 2 к

Н о t- S о

5s® О e О,

tp ^ D. 05 >1 ? О

>.|os§.o.3£

н га

4> £

и S

н я О о D

О s Й

*о£

ЗОЕ

г * S

о; 5 со

38|

Ж 3 о

СУ со I

* g S

■ га

2 га д

g О | I -ж п, S и)

х £e d

2 да * «

§

ЕЙ

е§

м X о «

>3-« Ч X

2 8 д ' о

о°.*ча я и о п >> 3 о с о о & s о 03

a 5 &s s'

Л5С5С

| О

mJ Й -„д СЙ Ю д 5- СО

з: * s 2^о Д s а Охе

К X О! • I I

а з р з э я

s s р5 й 2 з U S £ А У 3 й

0 о о-З в и S

5 g &* g -g

SS HJ|Sg

^ *5 а. о 8

Jsog,t

So S S О w

nTi Go >. о P

g ol'Hga nqS&SSS

1 S I CO

О Q.O о

ScScJ

О J s y

* ь s a

g ag

3 Й C 0 « я g op

¥ ns 3 s

g“ Ш ,g-у U О s'b 5 П « 5 О

^ 8 га s к X' ?s О- X )>~i

E- S 1 1 « a.0 et

й " я) и

2 c X ra « Я

1) О Р

So

О VO

Й я н

у СО о

9 О га ^ со Е-

га о s> ra —■ n a>>o s со а д «05Р X П X и

§ О

as

* о о

e ra x : о

; 2 . о ra

x e^ x 3 x од®

ffl W X

ssp 5 g.

Й Й П К

S X

■ <и

га о

&S « " S

о

>>

Scib s Р S с § £.8 «

sag

<D

N

О

3 s Й P

! &s s;2 fe § g я S 5 Я ? « k

CQ SS

1 < 1 >4 S U

5 3 S

s§

3gSuaGg H С 3 I to Й n

H I I Я I

аоушо

СЧООЙ

о е а2 X га ^ и -ДО

is I cs

5 § ¥ § -

_ ■- *r" "S

gSI

га

С ^

О га о га ей « X о fflC-I

s 3

£ X X X "■ га

м «

i§g 1 а 5С

га sy I П X Н -Q

!р

X О о н ; И О SS 5 2 ■ га су £2 • v о 5 : о х g

I Н Й U

интенсивностью антропогенного фактора (распашка земель, создание животноводческих ферм, комплексов и др.) и изменением структуры ландшафта. Вертикальной стрелкой справа отражена выраженность гетерогенности ландшафта, не тронутого деятельностью человека. Под влиянием сельскохозяйственной деятельности природный гетерогенный ландшафт трансформируется в аграрный гомогенный. Гомогенность ландшафта возрастает при специализации и интенсификации сельского хозяйства, переводе растениеводства и животноводства на промышленную основу. Три нижние горизонтали отражают степень выраженности гомогенности аграрного ландшафта в зависимости от особенностей сельскохозяйственного производства. При чрезвычайно высокой интенсивности антропогенного фактора механизмы адаптации и самосохранения сельскохозяйственных экосистем ослабляются, подавляются и аграрный ландшафт разрушается (вертикальная стрелка слева).

Необходимо разработать более совершенные, экологически обоснованные методы управления сельскохозяйственными системами. Для этого следует использовать опыт, накопленный в процессе эволюции биосферы. Следует научиться создавать сельскохозяйственные экологические системы, работающие по принципу природных экосистем.

Контрольные вопросы и задания

1.Чем отличается синэкология от аутэкологии? 2. Каковы различия понятий биогеоценоза и экосистемы? 3. Что такое продуценты, консументы, редуценты? 4. Охарактеризуйте основные свойства почвы как биокосного тела. 5. Что такое биотический круговорот? 6. Какова основа круговорота азота и фосфора? 7. Дайте характеристику природных БГЦ (натурбиогеоценозов). 8. Каковы особенности лесных и степных БГЦ? 9. Что обозначает термин «антропогеоценоз»? 10. Каковы основные особенности сельскохозяйственных экосистем?

3.4. АГРОБИОГЕОЦЕНОЗ

3.4.1. ОПРЕДЕЛЕНИЕ АГРОБИОГЕОЦЕНОЗОВ КАК БИОКОСНЫХ СИСТЕМ

Агробиогеоценоз (агро — поле, пашня, био — жизнь, гео — земля) — это природный комплекс, преобразованный человеком для посева (посадки) и выращивания культурных, реже — диких травянистых растений. А. М. Гродзинский считает, что «агро» и «гео» — гомологичные понятия, поэтому в слове «агробиогеоценоз» вставку -гео- целесообразно опустить. Этой рекомендации последовали многие авторы и термином «агроценоз» обозначили поле, посев, т. е. агробиогеоценоз. Однако в данной книге термином «агробиогеоценоз» называют возделываемые человеком полевые (огородные, садовые и т. д.) растения со средой своего обитания. Биотическая часть агробиогеоценоза, т. е. совокупность взаимосвязанных растений и животных, называется агробиоценозом.

К агробиогеоценозам относят экосистемы закрытого грунта (теплицы, парники, оранжереи), предназначенные для выращивания овощей, цветов и других травянистых растений. Близки к агро-биогеоценозам лесные культурбиогеоценозы (лесные полосы, живые изгороди).

Центральное звено агробиогеоценоза — агрофитоценоз. Большинство современных фитоценологов и экологов под агрофитоценозом подразумевают растительное сообщество, созданное человеком при помощи посева или посадки возделываемых растений. Компонентами агрофитоценоза служат высеянные (высаженные) растения, сорняки, водоросли, грибы, иногда мхи.

Б. М. Миркин, Г. 3. Розенберг и Л. Г. Наумова подчеркивают, что агрофитоценоз — не конкретный посев, а вся ротация культур в севообороте в пределах однородного участка. При смене севооборота меняется и агрофитоценоз. Агрофитоценозы бывают однолетние, например посев пшеницы, или многолетние — посевы многолетних трав, посадки малины, яблони и др.

Агрофитоценоз — самостоятельная биологическая система. Автономность агрофитоценоза весьма условна, так как сущность его формирования и развития нельзя понять без учета других компонентов природного комплекса (почвы, воды, воздуха, животного мира и т. д.).

Можно сказать, что агробиогеоценоз — это агрофитоценоз со средой своего обитания. Под средой обитания следует понимать неживую и живую природу: воздух, воду, почву, материнскую породу, животный мир и т. д.

Агробиогеоценозы — это обычно полночленные биокосные системы. В них присутствуют все экологические группы организмов, осуществляющие синтез и распад органического вещества: продуценты, консументы и редуценты. Однако в отличие от природных БГЦ в них изменены и фитоценоз, и зооценоз, и микробо-ценоз, и неживая природа. Антропогенный фактор оказал влияние на физико-химические и биологические свойства биотических и абиотических компонентов биогеоценоза, его структуру и функцию. В то же время общие принципы организации аграрных и природных биогеоценозов однотипны, поэтому определения агробиогеоценоза и натурбиогеоценоза могут быть близкими или даже одинаковыми.

В соответствии с первым, классическим определением биогеоценоза, данным В. Н. Сукачевым, агробиогеоценоз, по М. В. Маркову, представляет собой совокупность однородных явлений (атмосферы, горной породы, гидрологических условий, почвы, растительности, животного мира и микроорганизмов) на известном протяжении земной поверхности, в данном конкретном случае — полевой площади. Компоненты этой совокупности вступают друг

озимые однолетние растения — высевают осенью, урожай собирают в середине лета следующего года;

двулетники — чаще выращивают как однолетние культуры; многолетние травы;

деревья и кустарники, отдельные их виды (например, хлопчатник) выращивают как однолетники.

Как правило, возделывают высокоурожайные культурные растения. На земном шаре широкое распространение получили рис, пшеница, кукуруза, картофель, ячмень, батат, маниока, соя, овес, сорго, просо, сахарный тростник, сахарная свекла, рожь, арахис. Культурная флора СНГ составляет более полусотни видов (табл. 3). Семена диких растений используют относительно редко, главным образом при создании лугов, пастбищ и плантаций лекарственных трав.

3. Основные культурные растения, возделываемые в СНГ (по Б. М. Миркину,

Ю. А. Злобину)

Культура

Происхождение

Место введения в культуру

Зерновые Пшеница мягкая

Пшеница твердая

Рожь посевная

Ячмень культурный

Овес посевной

Кукуруза

Первичный центр — Абиссиния, Передняя Азия, Средиземноморье, вторичный центр — Китай и Япония Первичный центр — Передняя Азия, вторичный центр — Эфиопия

Имеется два генетических центра формирования ржи: первичный — в Малой Азии и Закавказье, вторичный — в Иране и Афганистане. Культурные сорта произошли от сорно-полевой ржи. В настоящее время только в культуре Очагами формообразования ячменя являются Абиссиния и Китайско-японский генетический центр

Родина — Китай. Сформировался из сорно-полевых растений и сейчас известен только в культуре

Генетическим центром культуры является Южная Мексика. Вторичный генетический центр — в Западном Китае (рецессивные формы)

Известна за 5 тыс. лет до н. э. в Египте и за 3 тыс. лет до н. э. в Китае. В Европе возделывают с каменного века

Как и мягкая пшеница, является одной из древнейших культур

Одно из наиболее поздно окультуренных растений. В Европе известна с бронзового века. В бывш. СССР впервые отмечена на Украине за 2—3 тыс. лет до н. э.

В культуре известен около 6 тыс. лет. В Европе одна из самых древних зерновых культур. Первоначально в культуру был введен двурядный ячмень Первые упоминания о культуре овса датируются IV в. до н. э.

Известна только в культуре. Одна из самых древних культур. По данным пыльцевого анализа, впервые отмечена за 80 тыс. лет до н. э. Первые сведения о посевах кукурузы появились в 3400 г. до н. э. В Европу завезена после второго путешествия Колумба. В бывш. СССР впервые попала на территорию Грузии

Просообыкновен- Генетический очаг происхож- ВКитаеизвестнос2700г.дон.э., ное дения — Центральный и За- в Европе — со времени свайных

падный Китай. В настоящее построек. На территории бывш. время только в культуре СССР с глубокой древности вы

ращивают в Закавказье

Рис посевной Генетический очаг происхож- В настоящее время известен дения — Китай и Индия только в культуре. В Юго-Вос

точной Азии возделывают не менее 4—5 тысячелетий. В Египте и Испании с VIII в. н. э. В США выращивают с 1865 г. В бывш. СССР — с 20-х годов текущего столетия

Крупяные

Гречиха

культурная

Зернобобовые Горох посевной

Масличные

Подсолнечник

однолетний

Технические

Картофель

Хлопчатник

(упланд)

Свекла

обыкновенная

Центром происхождения являются Индия и Западный Китай

Известен только в культуре. Имеет гибридное происхождение. Сформировался в Среднеазиатском генетическом центре. Вторичный очаг формообразования — Передняя Азия

Генетический центр вида в Северной Америке. Как масличная полевая культура впервые выращивался с 1841г. в России — вторичном селекционном центре

Сформировался в Южноамериканском генетическом центре в Чили

Родиной упланда являются Южная Мексика и Центральная Америка

Современные сорта имеют гибридное происхождение и сформировались в Средиземноморском генетическом центре. Вторичные очаги в Перу и Азии

Первые упоминания о культуре гречихи известны с V—VI вв. в Китае. На территории России выращивают с XV в.

Древнее культурное растение. В глубокой древности выращивался в Закавказье

Индейцы использовали семена подсолнечника с глубокой древности, но селекционной работы не вели. В Европу завезен с 1510 г. в основном как декоративное растение. В России выращивается с VII в.

Из Америки картофель попал в Европу во второй половине XVI в. В России культивируется с XVIII в. В 1765 г. была распространена специальная инструкция по его выращиванию, а в 1770 г. А. Т. Болотов опубликовал первую научную работу о картофеле

Наиболее древнее хлопководство в Индии и Перу. Выращивается в Средней Азии с VI в. до н. э.

Как культура для получения сахара сформировалась в середине XIX в. Это одно из самых молодых культурных растений. Первый свекловичный сахар появился на рынках Европы в 1850 г. В России первые сахароварни построены в 1801г. в Тульской губернии

Овощные

Капуста огородная Сформировалась в Средиземноморском генетическом центре

Томат культурный Генетический центр в Перу и Эквадоре

Лук репчатый

Огурец

Морковь

культурная

Чеснок

Фасоль Первичный центр формооб-

обыкновенная разования находится в Амери

ке (Гватемала, Аргентина), где до настоящего времени близкие виды встречаются в диком состоянии

Бобы конские Первичный центр формооб

разования в Юго-Западной Азии и Индии, в Средиземноморье вторичный формообразовательный центр. Близкие дикорастущие виды имеются в Алжире

Репа (турнепс) Первичный очаг формообра

зования в Малой Азии. Существует и афганский очаг для форм, которые выращиваются в Средней Азии и Индии. Родина отдельных сортов европейской репы — север Русской равнины и Финляндия. Имеется не менее пяти центров формообразования

Первичный генетический

центр в Афганистане, вторичный — в Передней Азии

Генетический очаг крупноплодных форм в Центральном и Западном Китае Первичный генетический

центр в Афганистане. Вторичные центры — в Передней Азии и Анатолии Первичный центр формообразования в Афганистане. В Передней Азии имеются особые формы

В культуре известна с 2000 г. до н. э. Отдельные находки ее связаны с неолитом

В Европе культивируется с XVIII в. В России первое упоминание о культивировании томата известно с 1780 г. Сначала его выращивали в Крыму

В культуре с 2000 г. до н. э.

Возделывался за несколько тысячелетий до н. э. В России культивируется с IX в. Возделывается с древнейших времен

Был распространен как овощное растение еще в Древнем Египте. Культивировался в Древнем Риме. На территорию бывш. СССР проник через Крым и Кавказ

Культура фасоли была известна еще у древних ацтеков, которые выращивали ее вместе с кукурузой. В Перу ее семена найдены среди памятников доинк-ской культуры. В Европе стала распространяться после путешествия Колумба. В России выращивается с XVII в. Первоначально проникла в Грузию

В странах Азии в культуре с глубокой древности. Первые находки в Европе известны с неолита, бронзового и железного веков. Культивировались в Древнем Египте и Древней Греции. Издавна культивируются в Грузии и на Русской равнине

Культура была хорошо известна в Древнем Риме и Древней Греции, существовало несколько сортов, описанных еще Плинием. В России выращивается с глубокой древности

Баклажан

Дыня

Арахис

Родина современных сортов — Индия. Особые формы имеются в Йемене и Аравии. В Индии в настоящее время известен в диком виде

Первичный центр формообразования в Средней и Юго-Западной Азии. В Индии имеются дикорастущие формы. Отдельный очаг формирования — в Африке

Очаг исходного формообразования в Южной Америке (Бразилия, Аргентина). В настоящее время встречается только в культуре

В Европе и на территории бывш. СССР введен как культурное растение сравнительно недавно. Внедрение в культуру осуществлялось как через переднеазиатский очаг формообразования, так и через индийский

Древнейшее культурное растение Индии и Средней Азии. Выращивалась в Древнем Египте. В России возделывается с XVI в. В XVII в. культуру дынь в Московии описал Олеа-рий. В Европу завезена итальянскими монахами

На Евроазиатский континент попал через Юго-Восточную Азию. В Старом Свете это одно из молодых культурных растений. В Европу завезен португальцами в 1560 г. из Индии и Китая. В России впервые стали выращивать под Одессой в 1792 г.

Культурные растения занимают центральное место в агрофитоценозе. Они, по М. В. Маркову, — главный компонент, ядро этой биологической системы. Культурные растения оказывают наиболее сильное, нередко господствующее влияние на агрофитоценоз. Растение-доминант не только компонент фитоценоза, но и важный экологический фактор, оказывающий многостороннее влияние на окружающую среду, экологическую обстановку, складывающуюся в агробиогеоценозе. Поэтому доминант получил звание кодификатор». Однако некоторые авторы возражают против введения этого термина, так как эдификаторное действие культурных растений выражено значительно слабее, чем диких, иногда оно в агрофитоценозах может совсем не проявляться. Возможно, термин кодификатор» не совсем удачен, но он довольно широко распространен в агробио-геоценологии.

В качестве доминанта-эдификатора в агробиогеоценоз чаще всего вводят один вид культурного растения (например, пшеницу, рожь или кукурузу). Относительно редко встречаются смешанные посевы двух или более видов (кондоминантов) —■ вика с овсом, многокомпонентная травяная смесь. Иногда высевают два и более сорта одного вида растения, т. е. создают одновидовой дифференцированный (по Маркову) или совместный (по Юрину) посев.

Формы эдификаторного воздействия растений-доминантов (и кондоминантов) разнообразны. Эдификаторы изменяют микроклимат агробиогеоценоза, влияют на физико-химические свойства почв и почвенной влаги. Выделяя биологически активные вещества, эдификаторы существенно влияют на флору и фауну агробиогеоценоза. Высеваемые растения воздействуют на среду при помощи выделения метаболитов. Среди метаболитов важную эди-фикаторную роль в фитоценозе играют колины (агенты влияния высших растений на высшие) и фитонциды (агенты влияния высших растений на низшие). Эдификаторную роль доминантов (и кондоминантов) агрофитоценоза необходимо в дальнейшем всесторонне изучить.

Эдификаторная роль культурных растений разных видов неодинакова. По степени убывания эдификаторного влияния они, по Н. Е. Воробьеву, могут быть расположены в следующем ряду: многолетние травы, озимые колосовые культуры, яровые колосовые, зернобобовые, яровые пропашные (подсолнечник, картофель, кукуруза), бахчевые, овощные.

По эдификаторности, т. е. по способности влиять на среду, культурные растения подразделены В. В. Туганаевым на три группы.

В первую группу входят силъноэдификаторные растения. К ним относят растения сплошного посева, образующие травостой, проективное покрытие которого составляет около 100 %. К этой же группе отнесены растения высокорослые (до 3 м) и среднерослые, но быстро развивающиеся с весны (озимая рожь, рапс, вика, подсолнечник на силос).

Вторую группу составляют среднеэдификаторные растения. К ним относятся растения сплошного и рядкового весеннего посева, достаточно высокорослые, с проективным покрытием 70—80 %, большей частью быстро развивающиеся после появления всходов (яровые зерновые, в том числе рис), пропашные (хлопчатник, кукуруза, гречиха, соя).

Третью группу составляют слабоэдификаторные растения. К ним относятся некоторые растения, медленно развивающиеся после появления всходов и с проективным покрытием не выше 50 %: бахчевые, овощные культуры, горох и др.

Эту классификацию, отражающую степень эдификаторного влияния сельскохозяйственных культур, можно использовать при оценке агробиогеоценозов.

Выполняя роль доминантов-эдификаторов, возделываемые растения определяют структуру и функцию агробиогеоценозов, их компонентный состав. Они существенно влияют на состояние растений-спутников (сорняков и др.).

3.4.4. СОРНЫЕ РАСТЕНИЯ КАК КОМПОНЕНТ АГРОБИОГЕОЦЕНОЗА

Полевые (сегетальные) сорные растения — это спутники агрорастительности. Они разнообразны. Их подразделяют на агрофиты-антропохоры (типичные сорняки, связанные с развитием земледелия); апофиты (выходцы местной флоры); семиагрофиты (переходная группа).

Сорняки имеют тесную эволюционную связь с предками культурных растений. Считается, что центры происхождения культурных и многих видов сорных растений одни и те же. Некоторые виды современных сорняков Средней и Восточной Европы, например плевел опьяняющий, кострец ржаной, куколь, овсюг, василек синий, живокость полевая, мак-самосейка, мак гибридный, горчица полевая, дурман, — выходцы из Древнего Средиземноморья. Из Внутренней Азии к нам пришли крестовник весенний и кардария крупковая. Из Америки в Европу и Азию мигрировали ослинник двулетний, мелколепестник канадский и многие другие виды сорных растений. Процесс передвижения сорняков из одного региона в другой не прекращается до сих пор.

Сорные растения, расширяющие свой ареал, называют карантинными. Некоторые виды карантинных сорняков, например амброзия полыннолистная и шалфей отогнутый, имеют не только аг-робиогеоценологическое, но и большое медико-ветеринарное и санитарно-гигиеническое значение. Амброзия вызывает аллергическое заболевание у людей — поллиноз, шалфей — отравление у крупного рогатого скота и сельскохозяйственных животных других видов.

В процессе расселения сорные растения могут попадать в необычные для них условия, что очень часто служит причиной перестройки их генетической природы. Изменяются функциональноморфологические свойства сорняков, возникают новые экотипы и даже подвиды растений. В результате естественного и непреднамеренного искусственного отбора преимущества и широкое распространение получают формы, наиболее приспособленные к обитанию в новых регионах.

Формы приспособления сорняков к условиям агробиогеоценозов разнообразны. Одна из них — дифференциация экологических ниш сорняков в агрофитоценозе. Сорняки, другие компоненты агрофитоценоза, в том числе культурные растения, отличаются друг от друга использованием природных ресурсов: минеральных веществ почвы, почвенной влаги, света, пространства. Дифференцированно используются биологические ресурсы. Так, например, культурные растения опыляются одними видами насекомых-опы-лителей, сорняки—другими. Может происходить дифференциация экологических ниш во времени: одни виды растений заканчивают биологический цикл раньше, другие — позже.

Приспособление сорняков к посевам культурных растений может выражаться в экологическом уподоблении. Уподобление сорных растений культурным распространено довольно широко. Особенно много специализированных сорняков в посевах льна. Горчица рассеченная уподобляется льну по ритму развития, высоте, общему габитусу растения, величине и форме плодов, парусности семян. Признаки уподобления льну отмечены у льняного рыжика, торицы льняной, льняной гречишки и ряда других видов сорняков.

В процессе эволюции сорные растения приобрели ряд функционально-морфологических свойств, позволяющих им успешно конкурировать с другими компонентами агрофитоценоза. Сорняки по сравнению с культурными растениями имеют ряд преимуществ в борьбе за существование. Парадоксально, но эти преимущества сорняков формировались благодаря сельскохозяйственной деятельности человека, точнее — против человеческой воли. История развития растениеводства свидетельствует, что в процессе сельскохозяйственной деятельности человек, сам того не сознавая, существенно влиял на защитно-приспособительные функции растительных организмов: у культурных растений он их ослаблял, у сорных, наоборот, совершенствовал, усиливал.

Эволюция сорных растений — компонентов агрофитоценоза — Проходила по пути увеличения численности однолетников. Наряду с этим эволюционировали сорняки-двулетники и сорняки-многолетники. Численность полевых (сегетальных) сорных растений велика. Только в СНГ их около 1,5 тыс. видов.

Систематизацию сорных растений проводили многие авторы. Б. М. Миркин и Ю. А. Злобин изложили экологическую характеристику основных биологических групп сорняков. Наиболее распространенными представителями эколого-биологической группы малолетних эфемеров являются мятлик однолетний, веснянка весенняя и крупка перелесковая, обычно засоряющие озимые культуры. Они имеют короткий жизненный цикл, малотребовательны к экологическим условиям. Размножаются семенами, которые прорастают при температуре 5—12 °С. Цветут в апреле—июне.

Марь белая, горчица полевая, редька дикая, рыжик посевной, чистец однолетний, звездчатка средняя и фалопия вьюнковая — малолетние ранние яровые сорняки, засоряющие яровые и озимые зерновые культуры, пропашные и огородные. Обычно устойчивы к весенним заморозкам. Создают значительные семенные запасы в почве. Семена созревают одновременно с яровыми культурами или несколько раньше. Прорастание семян происходит при температуре 7—20 °С.

Основные представители малолетних поздних яровых сорняков — щетинник сизый, щетинник зеленый, куриное просо, щирица запрокинутая, амброзия полыннолистная. Они засоряют многие сельскохозяйственные культуры, боятся ранний весенних заморозков и засух.. Размножаются семенами, которые созревают после уборки основных яровых культур. Семена долго сохраняют всхожесть, прорастают при температуре 10—12 °С.

Малолетние зимующие сорняки — пастушья сумка, ярутка полевая, василек синий, живокость полевая, куколь обыкновенный — засоряют преимущественно посевы озимых растений. Размножаются семенами. Обладают резко выраженной пластичностью, в зависимости от сроков появления всходов ведут себя то как яровые, то как озимые растения.

Кострец ржаной, метлица обыкновенная, козлобородник большой — малолетние озимые сорняки. Размножаются семенами, прорастающими при температуре 5—10 °С. Влаголюбивы. В первый год дают всходы, розетки, кустятся. Пройдя воздействие пониженными осенними и зимними температурами, на второй год цветут и плодоносят.

Сорняки-двулетники — донник лекарственный, донник белый, чертополох курчавый, икотник серый, свербига восточная — засоряют посевы озимых и кормовых культур. Иногда ведут себя как однолетники. Имеют глубокую корневую систему. Цветут с мая по октябрь.

Малолетние стержневые сорняки — сурепка обыкновенная, одуванчик лекарственный, нонея черная, щавель конский — засоряют посевы всех сельскохозяйственных культур. Высота растений 0,7— 1,5 м. Главный корень проникает в почву на глубину 2—4 м. Цветут в течение всего лета. Некоторые виды размножаются вегетативно — корневыми отпрысками.

Многолетние мочковатокорневые сорняки — лютик едкий, подорожник большой — размножаются семенами. Влаголюбивы. Корневая система поверхностная, мочковатого типа.

Многолетние ползучие — лютик ползучий, лапчатка гусиная, будра плющевидная — засоряют пропашные и зерновые культуры. Размножение преимущественно вегетативное за счет стелющихся и укореняющихся в узлах побегов. К плодородию почв малотребовательны, влаголюбивы.

Пырей ползучий, хвощ полевой, яснотка белая, сумай — многолетние корневищные сорняки многих культур. К плодородию почв малотребовательны. Размножаются главным образом вегетативно за счет отрезков корневищ, залегающих в почве на глубине 10— 12 см, реже — 40—45 см.

Многолетние корнеотпрысковые сорняки — осот полевой, бодяк полевой, вьюнок полевой, молочай прутьевидный, латук татарский, льнянка обыкновенная, горчак ползучий — являются засорителями всех сельскохозяйственных культур.

Погремок большой, овчанка поздняя, марьянник полевой — по-лупаразиты; имеют присоски — гаустории, которыми прикрепляются к корням зерновых культур и луговых трав. От растений-хозя-ев получают воду, минеральные соли.

Заразиха подсолнечниковая, заразиха ветвистая, повилика полевая, повилика льняная — растения-гетеротрофы, паразиты. Особыми присосками прикрепляются к растению-хозяину. Паразитируют на зерновых культурах, клевере, льне, растениях семейства сложноцветных.

Ареал сорняков разных видов неодинаков. Так, пырей ползучий, бодяк седой, марь белая, горец вьюнковый, дескурайния Софии, ярутка полевая, пастушья сумка встречаются повсеместно. Другие виды сорняков имеют ограниченный ареал, они приурочены к тем или иным агробиогеоценозам определенных ландшафтов. Н. Е. Воробьев, изучавший приуроченность сорных растений на юге Украины, пришел к выводу, что в озимопашенных посевах Украинской степи распространены дескурайния Софии, гулявник высокий, мак-самосейка, рыжик мелкоплодный, живокость полевая, живокость восточная, железница горная, горец вьюнковый, вьюнок полевой, марь белая, чистец забытый, в северо-западных районах Украины и на Крымском полуострове — василек синий, в Крыму и на Херсонщине — двойчатка лучистая, ясколка пронзен-нолистная.

В кукурузных агробиогеоценозах Запорожья чаще всего встречаются простерто-ветвистые сорняки: щирица белая, щирица запрокинутая, щирица жминдовидная, марь белая, горчица полевая, якорцы земляные, в западных регионах — гибиск тройчатый, щетинник зеленый, а в северных — щетинник сизый, куриное просо. Подобный видовой состав сорняков характерен для агробиогеоценозов подсолнечника, однако в них меньше гибиска тройчатого и больше дурнишника обыкновенного. Специфический спутник посевов подсолнечника — заразиха подсолнечниковая.

Видовой состав сорных растений заметно меняется в процессе развития агробиогеоценоза. В посевах многолетних трав в первый год пользования много яровых и зимующих сорняков — горчицы полевой, солянки русской, щирицы. Во второй год преобладают зимующие и озимые сорняки: крестовик весенний, дескурайния Софии, рыжики, гулявники. На третий год пользования появляются двулетники — синяки, пупавка русская, капуста полевая, многолетники — воловики, василек скабиозовидный и др.

Таким образом, растения сорные, как и культивируемые, — важный компонент агробиогеоценоза.

3.4.5. РОЛЬ КУЛЬТИВИРУЕМЫХ РАСТЕНИЙ И ИХ СПУТНИКОВ В МНОГОУРОВНЕВОЙ СТРУКТУРЕ АГРОБИОГЕОЦЕНОЗА

Исследования растений проводят на экосистемном, биоценоти-ческом, популяционном, организменном, органном, клеточнотканевом и молекулярном структурных уровнях.

При оценке биогеоценозов (экосистем, ландшафтов) обращают внимание на экологическую обстановку (природно-климати-. ческие условия, характер биотического круговорота и т. д.). При изучении биоценозов выявляют особенности взаимоотношений растительных и животных организмов (паразитизм, симбиоз и т. д.). Оценка объекта исследования на популяционном уровне позволяет получить данные, характеризующие популяцию как биологическую систему, внутрипопуляционные взаимоотношения растений и т. д. Исследования растения как целого и составляющих его компонентов (подсистем) позволяют судить о состоянии особи, ее органов, тканей, клеток, хромосом, молекул ДНК, РНК ит. д.

Уровень растения. Прежде чем приступить к изучению отдельного растения, необходимо его вычленить из группы ему подобных (популяции) и из всей совокупности растительных организмов, населяющих агробиогеоценоз. Определение границ особей при генеративном размножении и простой морфологии (генетов) не представляет сложности. Но границы особей трудноопределимы при разрастании и вегетативном размножении растений. В последнем случае за особь условно принимают укорененный побег (рамет).

Морфофункциональные свойства растения как биологической системы во многом определяются особенностями его адаптации, его жизненной стратегии. Культурные растения — это чаще всего однолетники, R-стратеги. Искусственный отбор и селекция заметно повлияли на структуру и функции растений, ранее обладавших выраженной виолентностью (конкурентной способностью). Культурные растения многих видов в той или иной мере утратили способность к захвату и удержанию экологической ниши, они оказались значительно ослабленными, неконкурентоспособными. У культурных растений некоторых видов снизилась и патиентность — способность переносить неблагоприятные условия среды.

Эксплеренты, виоленты и патиенты в чистом, «классическом», виде встречаются очень редко. Чаще растениям присущи смешанные формы жизненной стратегии. Они, как правило, в той или иной мере обладают свойствами эксплерентности, виолентности (конкурентной способности) и патиентности (устойчивости к воздействию неблагоприятных факторов среды).

У сорняков эти свойства обычно выражены лучше, чем у культурных растений. Сорные растения образуют много семян (банк семян), насыщают ими почву. Одно растение амброзии, мари белой может дать до 100 тыс. семян, дескурайнии Софии —до 750 тыс., щирицы — до 1 млн семян. Обладая свойствами виолентности, они достаточно конкурентоспособны. Выраженные свойства патиентности позволяют им хорошо приспосабливаться к изменениям внешней среды и выживать в неблагоприятные по природным условиям периоды. Культурные растения по сравнению с сорными, наоборот, малоконкурентоспособны, малоустойчивы, так как в процессе искусственного отбора и селекции они в значительной мере утратили свойства виолентности и патиентности.

При изучении растений на организменном уровне оценивают особенности их онтогенеза. Разработан рад методов расчленения онтогенеза растений на этапы. Широко используется периодизация онтогенеза культурных растений по Ф. Куперман. По ее методу онтогенез растений делится на 12 этапов: 1) недифференцированный конус нарастания; 2) дифференциация на узлы и междоузлия; 3) вытягивание конуса нарастания; 4) формирование лопастей соцветия; 5) образование цветков; 6) формирование пыльцевого мешка; 7) завершение образования пыльцы; 8) выколашивание; 9) цветение и оплодотворение; 10) формирование плодов и семян; 11) накопление питательных веществ; 12) полная спелость.

Большинство признаков, характеризующих онтогенез, связано с ростом растений. Растения одного и того же вида могут иметь разные темпы роста. Ю. А. Злобин описал две особи ярутки полевой с огромной разницей живой массы. Одна из них цвела, имея массу 164,4 г, другая — всего 0,1 г. У разных особей по-разному изменяются листья, стебель и органы репродуктивной системы: цветки, соцветия, плоды, семена и т. д.

Характер изменения растений и их органов зависит от их жизненной стратегии и от особенностей влияния окружающей среды. Например, при нарастании фитоценотического угнетения у однолетнего сорняка горца шероховатого, реализующего R-стратегию, в первую очередь затрагивается площадь отдельного листа, затем масса листьев и, наконец, весь организм. У многолетника люцерны посевной, онтогенез которой соответствует К-стратегии, почти немедленно стрессовым измененениям подвергаются органы репродуктивной системы.

Конституция ряда видов культивируемых растений резко изменилась под влиянием искусственного отбора. У высокопродуктивных сельскохозяйственных растений сильно развиты органы и ткани, которые использует человек в качестве урожая: плоды зерновки — у зерновых, клубни — у картофеля, механические волокна в стеблях — у конопли и льна и др. У растений некоторых сортов наблюдают такие конституционные, или конструктивные, признаки, как короткостебельность, определенная ориентация листьев в пространстве и т. д. Короткостебельность повышает устойчивость растений к полеганию. Архитектоника, при которой верхние листья растения вертикальны, а нижние постепенно переходят к горизонтальной ориентации, обеспечивает эффективный перехват ФАР, более активный фотосинтез и, следовательно, более высокую биологическую продуктивность (урожайность).

Уровень популяции. При оценке растений на популяционном уровне (Злобин) обращают внимание: *

на запас жизнеспособных семян в почве; размер, численность и плотность популяции; закономерности пространственного размещения особей, формирующих популяцию;

выживаемость и смертность;

состояние репродуктивной функции популяции.

Размер, численность и плотность популяций культивируемых растений определяет, как правило, человек. Размер популяции (растений, населяющих поле, сад, огород, грядку и т. д.) может быть большим или малым. Численность популяции зависит от посева: она может быть и высокой, и низкой. Количество семян, высеянных на определенном по площади участке, их пространственное распределение составляют плотность популяции. У культурных растений она может быть высокой (загущенный посев) или, наоборот, низкой (Изреженный посев).

Реакция у культурных растений разных видов на увеличение плотности популяций неодинакова. Так, при переуплотнении популяции кукурузы вначале отмечается увеличение фитомассы, а затем, начиная с определенной пороговой плотности, урожай этой культуры резко снижается. Увеличение плотности популяций клевера, пшеницы, ячменя приводит к уменьшению облиственности растений.

Для изреженных посевов характерно наличие свободных экологических ниш, занимаемых обычно сорными растениями. Чем из-реженнее посев, тем больше свободных экологических ниш и, следовательно, более благоприятные условия для роста и развития сорняков. В загущенных посевах условия для их разрастания, наоборот, ухудшаются.

Численность и плотность популяций сорных растений зависят от запаса в почве семян и условий их произрастания. У большинства видов сорняков банк (запас) семян в почве велик. Число семян в почве может составлять миллионы (до миллиарда) на 1 га. Семена нередко обладают свойствами разнокачественности (гете-рокарпии). Из-за различий в строении оболочки семена дают разновременные всходы. Гетерокарпию рассматривают как адаптацию, защитную функцию популяции, позволяющую поддерживать устойчивость банков семян в почве. Семена многих видов растений могут сохраняться в почве десятки лет. И при определенных условиях банк семян может дать вспышку массового роста сорняков.

Размер популяций сорных растений определяется как антропогенными, таки природными факторами; со временем он может увеличиваться или уменьшаться. Скорость прироста размера популяций сорняков может быть очень высокой — более 20 % в год.

Популяция сельскохозяйственных культур характеризуется резко выраженным однообразием составляющих ее особей. Унификация популяций культурных растений обусловливается деятельностью земледельцев: посев семян в один срок, на одинаковую глубину, выведение селекционных сортов, максимальное выравнивание среды в пределах одного поля. Однако абсолютно одинаковые растения в любом посеве никогда не наблюдаются. Это зависит от многих причин, в частности от варьирования размера и химического состава семян. Так, в опытах, проведенных Ю. А. Злобиным, семена ячменя были разделены на две фракции. Одна фракция состояла из семян массой по 25 мг, другая — по 50 мг. Урожай в посеве семян второй фракции был выше на 25 %. Из крупных семян вырастали растения с большей биомассой. Они доминировали в агрофитоценозе, образованном совместным посевом семян этих двух фракций в соотношении 1:1.

В одинаковых по размеру семенах пшеницы разное количество азота. Из семян, содержащих больше азота, формируются более мощные особи. Разнообразие культурных растений во многом зависит и от условий произрастания семян, так как при любой технологии возделывания культур полного однообразия почвенных условий никогда не наблюдается.

Важный популяционный признак — внутривидовая конкуренция. Острота внутрипопуляционных конкурентных взаимоотношений между растениями зависит от периода онтогенеза. Так, на начальных стадиях развития растений, когда их потребности в ресурсах невелики, конкуренция выражена слабо или даже отсутствует. Более того, в этот период роста растений могут складываться взаимоотношения типа взаимопомощи, симбиоза (синергидный эффект). С возрастом потребности растений в ресурсах увеличиваются, синергидный эффект исчезает, возникает конкуренция. При обострении конкуренции в наиболее невыгодном положении оказываются те растения, которые контактируют с наибольшим число конкурентов.

Поэтому при посадке растений гнездами отмечается «корытообразный» эффект. «Корыто» формируется различной величиной растений: более низкие в центре, более высокие на окраинах. Конкуренция зависит от плотности популяций. Увеличение плотности популяции растений сопровождается возрастанием напряженности конкурентных взаимоотношений. Конкуренция приводит в одном случае к задержке развития растений (миниатюризации), в другом — к повышенной смертности, в третьем — к тому и другому. В. Н. Сукачев доказал, что при улучшении экологических условий внутривидовая конкуренция не ослабевает, а, наоборот, усиливается (эффект Сукачева).

Популяции культурных и сорных растений, произрастающих в агробиогеоценозе, по-разному реагируют на уничтожение (например, при уборке урожая). После уничтожения культурные растения чаще всего не восстанавливаются, т. е. они не обладают свойством восстанавливаемости (упругости). У сорняков, наоборот, свойство упругости выражено очень сильно — после уничтожения

они обычно довольно быстро восстанавливаются. Восстановление популяций сорных растений происходит за счет банка семян в почве и за счет вегетативных зачатков (почек на корневищах, корневых отпрысков).

Уровень агробиоценоза. Основными элементами агробиоценоза являются (Марков):

1. Культурные растения, высеянные (или высаженные) человеком.

2. Сорные растения, проникшие в агробиоценоз помимо и вопреки воле человека.

3. Микроорганизмы ризосфер культурных и сорных растений.

4. Клубеньковые бактерии на корнях бобовых, связывающие свободный азот воздуха.

5. Микоризообразующие грибы на корнях высших растений.

6. Бактерии, грибы, актиномицеты, водоросли, свободно живущие в почве.

7. Беспозвоночные животные, живущие в почве и на растениях.

8. Позвоночные животные (грызуны, птицы и др.), живущие в почве и посевах.

9. Грибы, бактерии, вирусы — паразиты (полупаразиты) культурных и сорных растений.

10. Бактериофаги — паразиты микроорганизмов.

Следовательно, агробиоценоз — это биологическая система, состоящая из производителей органического вещества (организмов-продуцентов) и его потребителей (консументов и редуцентов).

Межпопуляционные отношения и взаимодействия могут принимать разнообразные формы и существенно меняться в процессе роста и развития культурных растений и их спутников. Культурные растения и сорняки могут соприкасаться друг с другом, тесно контактировать и действовать друг на друга механически. Так, механическое воздействие лиан горца вьюнкового на растения озимой пшеницы приводит к снижению урожая. В то же время и растения пшеницы оказывают воздействие на рост и развитие сорняка. Под их влиянием биомасса горца вьюнкового резко снижалась. Иногда один конкурент влияет на другого путем преобразования среды обитания (условий минерального питания, освещенности ассимилирующих органов и т. д.).

Н. Е. Воробьев изучал влияние затенения на рост и развитие горчицы полевой и гибиска тройчатого в посеве подсолнечника. С помощью специально сконструированных «имитационных штати-:, Вов» получили затенение, подобное тому, какое давал подсолнеч-I Ник. Установлено, что конкуренция за свет приводит к снижению [ Живой массы горчицы полевой на 2/з> а гибиска тройчатого еще |болыие — на 4/5. Результат конкурентной борьбы сельскохозяйственных культур и сорняков за влагу во многом зависит от критического периода, характеризующегося повышенной потребностью растений в воде. Если критические периоды культурных и сорных растений по времени совпадают, то между ними развивается острая конкурентная борьба. В результате конкуренции за водные ресурсы сильно страдают и культурные, и сорные растения (например, подсолнечник и дурнишник обыкновенный). Если сорняки больше требуют воды после наступления критического периода культурного растения (например, гибиск тройчатый в посевах кукурузы), то победителем в конкурентной борьбе оказывается сельскохозяйственная культура. И наоборот, когда сорняки потребляют много воды до наступления критического периода сельскохозяйственной культуры (горчица полевая на кукурузном поле), то они выигрывают. Между культурными и сорными растениями разворачивается острая борьба за элементы минерального питания и другие жизненно важные ресурсы.

Механизмы сообитания культурных и сорных растений, других видов организмов, входящих в состав агробиоценоза, находятся в стадии становления, незавершенности, так как они формируются в течение короткого промежутка времени: в посевах однолетних сельскохозяйственных культур — только год, у многолетних трав — 2—4 года.

В функционировании агробиоценоза большую роль играют гетеротрофные организмы. Некоторые из них, например пчелы и шмели, служат опылителями культурных растений (гречихи, подсолнечника и др.). Другие виды гетеротрофов, наоборот, могут оказывать негативное, иногда губительное действие на сельскохозяйственные культуры. Численность популяций гетеротрофных организмов (например, саранчи, мышевидных грызунов) может резко возрастать, и они становятся причиной уничтожения посевов сельскохозяйственных культур. Особое место в агробиоценозе отводят организмам-патогенам (болезнетворным бактериям, вирусам и др.). Патогены могут вызывать массовые болезни культурных растений (эпифитотии).

Бактериофаги — паразиты паразитических организмов. Они вызывают болезни у вредителей сельскохозяйственных культур и таким образом могут препятствовать возникновению эпифитотий возделываемых растений. Любой агробиоценоз представляет собой единое целое, и изменение его отдельных частей, например тех или иных популяций растений или животных, неизбежно приведет к более или менее выраженным преобразованиям всей биологической системы.

Уровень агробиогеоценоза (аграрного ландшафта). При изучении культивируемых растений на биогеоценотическом (экосистемном) уровне большое значение имеет оценка влияния на их рост и развитие, биологическую продуктивность (урожайность), устойчивость или, наоборот, восприимчивость к заболеваниям той экологической обстановки, которая складывается в агробиогеоценозе.

Экологическую обстановку в агробиогеоценозах определяют как природные, так и антропогенные факторы. В изменении факторов среды большую роль играют распашка и боронование почв, их оводнение или, наоборот, осушение, обогащение органическими и минеральными удобрениями. В природно-технических системах закрытого грунта (теплицах и др.) искусственность экологической обстановки выражена больше, чем на полях, в садах, огородах. В них регулируют микроклимат, иногда используют искусственные почвы. Регуляция и оптимизация физико-химических и биологических свойств почв, вод, воздуха влияют на развитие культурных растений и других организмов, входящих в состав агробиоценоза.

3.4.6. 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/г-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 горцом 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 дв^Ьс 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. ПРИМЕРЫ ОТНОСИТЕЛЬНО НЕСЛОЖНЫХ И ИНТЕРЕСНЫХ ПО КОНСТРУИРОВАНИЮ АГРОЭКОСИСТЕМ

3.4.7.1. УЧЕБНО-ОПЫТНЫЙ ЭКОЛОГИЧЕСКИЙ САД-ОГОРОД1

Экологический сад-огород позволяет студентам-практикантам в период учебно-производственной практики приобретать опыт по освоению и использованию экологических принципов в растениеводстве.

Экологический огород целесообразно разделить на три части: 1) плодово-ягодный культурбиогеоценоз; 2) грядки с овощами и травянистыми растениями (агробиогеоценоз); 3) клумбы, рабатки с цветами, газон из многолетних трав (травяной биогеоценоз). Целесообразно иметь площадку для навоза (навозохранилище, пункт для производства органических удобрений).

Следует иметь в виду, что строгая геометрия посадок хотя и красива, но экологически невыгодна. Для создания условий, способствующих дифференциации экологических ниш растений, целесообразно «жизненное пространство» заполнить с наибольшей полнотой. В качестве деревьев-уплотнителей рекомендуют сорта на карликовых подвоях. В промежутках между плодовыми деревьями сажают ягодники, между кустами смородины — яблони. Подобное размещение разных видов растений в определенной мере способствует их охране от болезней и вредителей. Возле яблонь высаживают коноплю, запах которой отпугивает яблоневых вредителей. Бузина, высаженная среди ягодных кустарников, — репеллент против крыжовниковой совки и стеклянниц. Приствольные круги яблонь и груш целесообразно занимать редисом, салатом, горохом, луком на зелень, пряными травами.

Для уплотнения экологических ниш растений на одних и тех же грядках возделывают разные культуры. Совмещают виды растений, имеющих разную глубину корневой системы, созревающих в разное время года. Посадку свеклы проводят в один рядок вдоль грядки моркови. В междурядьях поздних овощей сажают салат, землянику, петрушку, укроп, чеснок.

При совмещении растений разного вида следует иметь в виду, что, выделяя колины, они могут отрицательно влиять друг на друга. Не рекомендуют располагать картофель возле яблонь и облепихи. Между кустами облепихи нельзя проводить посадку помидоров и баклажанов. Колины грецкого ореха губительно влияют на многие плодовые деревья (яблоню и др.).

Для уменьшения внутривидовой конкуренции проводят посев смеси сухих и замоченных семян моркови, ранних и поздних сортов огурца.

Важный элемент экологического сада-огорода — вертикальное озеленение беседок, стенок, террас путем посева винограда, плюща, хмеля, вьюнка и других видов растений. Вертикальные посадки — классический пример максимального использования ресурсов света и пространства.

Необходимо проводить мероприятия по оптимизации агробиоценоза, привлекая одни виды организмов и отпугивая другие. Для борьбы с вредителями огородно-садовых насаждений используют птиц. Для них делают приманки, строят скворечники. Скворцы собирают корм для своих птенцов преимущественно на земле. Для сбора личинок колорадского жука скворцами польские орнитологи рекомендуют на картофельных полях устанавливать скворечники.

На садово-огородный участок привлекают пчел и других опылителей растений. С этой целью сажают укроп, хрен, кинзу. Для отпугивания организмов-вредителей проводят посадки конопли, пижмы, полыни, чернобыльника. В борьбе с вредителями и возбудителями болезней сельскохозяйственных культур предпочтение отдают использованию нехимических методов. Настои и вытяжки из чеснока (100—200 г на ведро воды) применяют для охраны картофеля, томатов и баклажанов от фитофторы и микроспороза, отвар ботвы томатов — против тли и гусениц. Практикуют биологический метод борьбы с яблоневой плодожоркой при помощи три-хограммы.

Необходимо, чтобы в садово-огородном биогеоценозе биотический круговорот был замкнут. Поэтому все органические остатки следует использовать для удобрения почвы. Запасы питательных веществ в почве целесообразно пополнять органическими удобрениями (навозом).

При удобрении сада-огорода навозом нельзя допускать увеличения банка семян сорняков. Поэтому удобрять почву свежим навозом нецелесообразно. Для этого рекомендуют использовать компо-сты, изготовленные из навоза, остатков органики и земли. Компостная масса должны «перегорать» не менее семи месяцев и таким образом освободиться не только от всхожих семян сорняков, но и от спор грибных болезней растений.

Проводят сидерацию — удобрение почв при помощи запахивания выращенных растений. В конце августа — начале сентября высевают зимующий горох или персидский клевер, а на следующий год в мае сидераты закапывают в почву.

3.4.7.2. САДОВО-ОГОРОДНАЯ «ЗАКРЫТАЯ» ЭКОСИСТЕМА

Одна из таких экосистем — натуральное хозяйство Хьюка (США). Изобретательный огородник сконструировал оранжерейно-прудовую экосистему, накрытую куполом из полиэтиленовой пленки. Под куполом находятся посадки сои, томата, баклажана, огурца, тыквы (агробиогеоценоз) и небольшой бассейн, заселенный сомиками-пимелодами (водный БГЦ).

Наряду с этим в оранжерейно-прудовом комплексе имеется еще одна экосистема — небольшая «биофабрика» по производству личинок мух — ценного белкового корма для рыб. «Фабрика» — это сито, расположенное над бассейном. В сите кухонные отходы — питательная среда для личинок. Кроме того, для кормления рыб используют размолотые бобы сои.

В экологической системе формируется круговорот воды. Испаряясь из водоема, вода конденсируется на внутренней поверхности купола. С купола она падает вниз (искусственный дождь) или стекает по его своду (искусственный водоканал, арык) на грядки с овощами.

Грядки с посевом культурных растений, водоем с рыбами, «биофабрика» по производству кормового протеина -* это компоненты (подсистемы) системного образования более высокого уровня — экологической системы, именуемой натуральным хозяйством Хьюка. На примере натурального хозяйства студенты могут приобрести опыт по оценке межбиогеоценозных связей и биотического круговорота. Связь между агробиогеоценозом и водной экосистемой — использование бобов сои для производства продукта питания (муки) рыбам. Другой источник пищи для рыб — личинки мух, плодящиеся на «биофабрике», расположенной над бассейном. Ползая в питательной среде (пищевых отходах), личинки проваливаются через отверстия сита и попадают в водоем, где их поедают рыбы. Отходы рыб (экскременты), в свою очередь, используются в агробиогеоценозе для удобрения почв. Предварительно воду фильтруют. Экскременты рыб концентрируются в фильтре (через него вода прокачивается с помощью специального насоса). В отфильтрованной фекальной массе рыб размножаются бактерии-редуценты. Они минерализуют экскременты, и образуется ценное органическое удобрение, богатое азотом. Продукты минерализации экскрементов рыб («навоз») используют для двух целей: удобрения грядок с посевами культурных растений и в качестве элементов минерального питания низших растений водоема (главным образом водорослей). Водоросли — еще один, вероятно, более важный, источник питания для рыб.

Следовательно, в оранжерейно-прудовой системе осуществляется биотический круговорот, в основе которого — синтез и распад органического вещества. В геохимический цикл включается и сам человек. Находясь под куполом экосистемы, он выделяет диоксид углерода (С02), который используется растениями при фотосинтезе.

Оранжерейно-прудовая экосистема функционирует, по существу, без энергетических дотаций. Она использует в основном энергию Солнца. И все же Солнце не единственный источник энергии в экологической системе. В ней используется и другая энергия, в частности ветровая. С помощью специально установленного маленького ветряка энергию ветра применяют для приведения в движение насоса, прокачивающего воду бассейна через фильтр. Энергетические субсидии в экосистеме используются очень слабо. Добавочную мускульную энергию применяют для встряхивания сита, чтобы личинки мух интенсивнее падали в водоем. Для работы насоса, прокачивающего воду бассейна через фильтр, использовали не только ветровую, но и электрическую энергию. Изменяли рацион кормления рыб, внося в него энергию корма, взятого за пределами искусственной экологической системы. .

Таким образом, оранжерейно-прудовая система позволяет: контролировать межбиогеоценозные связи и биотический круговорот; Уяснить основные принципы конструирования энергосберегающих экологических систем.

Прежде чем приступить к конструированию садово-огородных экосистем, рекомендуем прочитать: 3. Бобырь. Натуральное хозяйство мистера Хьюка //Наука и жизнь. — 1977. — № 1; Б. М. Мир-кин, Ю. А. Злобин. Растительные сообщества наших полей. — М.: Знание, 1990.

. Контрольные вопросы и задания

1. Какие природные комплексы обозначают термином «агробиогеоценоз»? 2. Охарактеризуйте культурные растения как компонент агробиогеоценоза. 3. В чем выражаются эдификаторные свойства культурных растений? 4. Охарактеризуйте сорные растения как компонент агробиогеоценоза. 5. Каковы место и роль культурных и сорных растений в многоуровневой структуре агробиогеоценоза? 6. Какие элементы природы составляют агробиоценоз и какова их взаимосвязь? 7. Как изменяется биотический круговорот в агробиогеоценозе? 8. Какие экологические принципы лежат в основе регуляции и оптимизации агробиогеоценоза?

3.5. ПАСТБИЩНЫЙ БИОГЕОЦЕНОЗ

Термином «пастбище» обозначают кормовое угодье, используемое для выпаса стад сельскохозяйственных животных. Основные черты пастбищного БГЦ отражены на рисунке 17. Луг или степь, предназначенные для заготовки зеленой массы или сена, называют сенокосом. Пастбища отличаются от сенокосов не только способом их хозяйственного использования, но и рядом экологических признаков. Пастбище в отличие от сенокоса подвергается влиянию стада — экологического фактора, оказывающего воздействие на травостой, почву, другие компоненты природного комплекса. Травяное угодье, предназначенное для сенокоса, изменяется под влиянием скашивания растений и сеноуборочных устройств не совсем так, как пастбище.

Для пастьбы сельскохозяйственных животных используют не только луга, но и степи, полупустыни, кустарники, леса, посевы кормовых трав и другие кормовые угодья.

Во Всесоюзном НИИ кормов разработана классификация пастбищ и сенокосов. Согласно этой классификации пастбища подразделяют:

на суходольно-луговые, расположенные в лесной зоне на дерново-подзолистых и других почвах;

лугово-степные — в лесостепной зоне на черноземах и солонцовых почвах;

средне- и сухостепные — на южных черноземах, темно-каштановых почвах, нередко на солонцах;

степные песчаные — на сероземах и черноземовидных супесчаных почвах степной и лесостепной зон;

пустынно-степные (полупустынные) — на суглинистых и каменистых, светло-каштановых, бурых почвах и солонцах полупустынной зоны; *

Рис. 17. Поток энергии в пастбищном биогеоценозе:/— автотрофные организмы-продуценты (главным образом травы); II— первичные консументы (главным образом сельскохозяйственные животные); 111 — вторичные консументы - паразиты и микроорганизмы; IV— организмы-редуценты (грибы и микробы). Белыми стрелками показана миграция вещества от продуцентов к первичным и вторичным консументам, черными — минерализация органических остатков растений и животных

пустынные — на суглинистых и каменистых сероземных почвах пустынь и полупустынь;

краткопоемные луговые — на аллювиальных луговых почвах, кратковременно затопляемых полыми водами (на период менее полумесяца);

долгопоемные луговые — затопляемые полыми водами на более продолжительный период времени (более полумесяца);

предгорные степные — на черноземных и каштановых почвах; предгорные полупустынные и пустынные — на бурых и сероземных почвах;

горные луговые — на серых, коричневых и бурых лесных, выщелоченных черноземовидных почвах гор лесостепного пояса; горные степные — на черноземах и каштановых почвах гор; высокогорные луговые (субальпийские и альпийские) — на луговых и лугово-торфянистых почвах в холодном поясе высоких гор с влажным климатом;

высокогорные степные — на каштановых горных почвах; высокогорные полупустынные и пустынные — на сероземных Почвах гор;

горно-тундровые — на каменистой почве тундры в горах северной и северо-восточной частей России;

равнинно-тундровые — на минеральных и торфянистых почвах в тундре и лесотундре;

болотные — на минеральных и торфяных болотных почвах, преимущественно в лесной зоне.

Приведенная классификация дает представление о разнообразии травяных биогеоценозов, используемых для выпаса стад.

Термин «пастбищный биогеоценоз» введен в науку в 1978 г. Это явилось закономерным результатом эволюции взгляда на луг как на природное образование и кормовое угодье.

Известный русский луговед А. П. Шенников писал, что «луга суть ассоциации травянистых многолетних мезофитов, т. е. трав, растущих в условиях умеренного увлажнения среды». Наряду с этим к лугам он относил: лугостепи, в которых травостой сформирован из луговых мезофитов и степных ксерофитов; растительные ассоциации, состоящие из прибрежно-водных растений; субальпийские высокотравья; «луговинные тундры». Подобный взгляд на луг высказывали и западноевропейские луговеды-ботаники. В характеристике лугов, данной отечественными и зарубежными лу-говедами-ботаниками, фигурирует в основном многолетняя травянистая мезофитная растительность. Среда обитания луговых растений в определениях луга или не упоминалась, или только подразумевалась.

Характеристику травяных сенокосно-пастбищных биогеоценозов дал известный луговед-эколог Т. А. Работнов. Луг, указывал он, представляет биокосную систему, состоящую из сообщества организмов (биоценоза) и свойственной ему среды (экотопа). Луговой биоценоз образован двумя функционально различными группами организмов — автотрофами, главным образом фотосинтетиками, и гетеротрофами, преимущественно животными, в том числе сельскохозяйственными .

В состав экотопа входят почва (эдафотоп) и воздушная среда (аэротоп). Мезофильные травы, отчасти водоросли и мхи, участвуя в фотосинтетической деятельности, определяют энергетику луговых биогеоценозов. Наземные органы травянистых растений образуют особый биогеоценотический горизонт — травостой, который характеризуется выраженной сезонной динамичностью. Начиная с весны до середины лета или до осени, отмечают увеличение высоты и сомкнутости травостоя. Затем в результате отмирания листьев и побегов травостой обедняется, изменяя свой внешний вид (аспект). Сезонные изменения аспекта травяного биогеоценоза особенно резко выражены в результате отчуждения наземных органов растений при их стравливании животными.

В луговых биогеоценозах формируется еще один биогеоценотический горизонт — дернина — верхний слой почвы, интенсивно пронизанный корнями растений. В дернине сосредоточена основная масса почвенных организмов; для нее характерна максимальная интенсивность превращения веществ и энергии. В некоторых типах луговых биогеоценозов формируется еще один, третий, биогеоценотический горизонт — мхи. При оценке лугов как экосистем дана характеристика экологических условий, при которых луговые травы-мезофилы могут успешно конкурировать с травами-ксерофилами и гидрофилами, с мхами и лишайниками, с кустарниками и деревьями. Формирование луговых биогеоценозов возможно: 1) в особых гидрологических условиях при длительном ежегодном затоплении водой с последующим обсыханием поверхности (некоторые поймы рек, окраинные части озер); 2) в условиях влажного холодного климата высокогорий, океанических островов и побережий материков в субарктических и субантарктических регионах; 3) в условиях периодического воздействия морской воды, обычно в сочетании с воздействием влажного, холодного или умеренного климата и сильных ветров; 4) при высоком содержании в почве легкорастворимых солей и достаточном увлажнении.

На отмелях в поймах рек, днищах озер, освобождающихся от воды в результате естественного снижения ее уровня, и других новых субстратах, где появляется и развивается растительность, формируется луг в виде сукцессии. Отмечены случаи возникновения лугов при изреживании зарослей и в поймах северных рек, в местах стойбищ диких оленей и т. д. В формировании обширных площадей лугов особую роль сыграла сельскохозяйственная деятельность человека.

Луговым БГЦ присущи преобразование, переход в другие типы биогеоценозов. Так, при повышении сухости климата, если почвы насыщены основаниями, луговые биогеоценозы превращаются в степные. Если почвы переувлажняются, то луга трансформируются в травяные болота.

Стада сельскохозяйственных животных — новый компонент травяных БГЦ. Под влиянием стада изменяются луговой (травяной) биоценоз, эдафотоп и аэротоп, экосистема трансформируется в пастбищный биогеоценоз.

3.5.1. СТРУКТУРА ПАСТБИЩНЫХ БИОГЕОЦЕНОЗОВ

3.5.1.1. ЭКОТОП

В разных местах земного шара экотопы травяных БГЦ неодинаковы, что зависит от природно-климатических, гидрологических, эдафических особенностей, рельефа местности и других экологических условий.

Режим влажности экотопов травяных БГЦ во многом зависит от источников их водного питания. Так, водный режим экотопов суходольных лугов и пастбищ определяется в основном атмосферными осадками. Водный режим низинных луговых и пастбищных биогеоценозов зависит главным образом от запасов и миграции грунтовых вод. Полые воды определяют водный режим поемных травяных БГЦ.

Физико-химические и биологические особенности почв во многом зависят от природно-климатических условий географических зон: тундры, тайги, степей, пустынь и т. д. В степях преобладают черноземы, в таежной зоне — подзолы. Тип почвы определяет характер эдафотопов — травяных биогеоценозов разных географических зон. Эдафотоп в поймах характеризуется особенностями почвообразующих пород и отложением взмученных в полых водах частиц в виде наилка. Здесь отмечают большое разнообразие почв: от недоразвитых на молодых аллювиях до почв зонального типа. И все же в большинстве пойм преобладают разные виды плодородных дерновых почв.

В лесостепной и степной зонах луга сосредоточены в основном в понижениях, западинах, низинах. Почвы здесь чаще всего черноземные, иногда с признаками осолодения. В регионах, расположенных южнее, все больше проявляются засоленность и солонцева-тость почв. Разнообразие эдафотопов горных лугов и пастбищ определяется экспозицией, крутизной, формой склонов, различиями химического состава горных пород и т. д.

Аэротоп травяных биогеоценозов зависит от климатических условий той или иной географической зоны. Считают, что климат южной части лесной зоны для формирования и развития луговых БГЦ наиболее благоприятен. В тундре, полупустыне и пустыне луга распространены в основном в поймах рек и по побережью океана. Кроме зонального климата на аэротоп травяных биогеоценозов большое влияние оказывает микроклимат. Поэтому аэротоп горных пастбищ резко отличается от аэротопа пастбищных биогеоценозов долин и т. д. Аэротоп травяных БГЦ в известной мере зависит от фитоклимата. Фитоклимат лугов и пастбищ характеризуется выраженной сезонной изменчивостью, связанной с циклами роста и развития растений, поеданием травостоя травоядными, в том числе сельскохозяйственными, животными.

3.5.1.2. ПАСТБИЩНЫЙ БИОЦЕНОЗ

Сообщество организмов, входящее в пастбищный БГЦ, состоит из растительного сообщества (фитоценоза) и животного мира (зооценоза). Среди организмов-автотрофов наибольшее значение имеют травянистые растения. Осуществляя фотосинтез, травяной покров создает основу энергетики пастбищного БГЦ ^определяет его биогеоценотические особенности. Пастбищный травостой — основной источник веществ и энергии для гетеротрофных организмов, в том числе пасущихся сельскохозяйственных животных (и птиц). Общее число видов травянистых растений, входящих в состав пастбищных (луговых) фитоценозов, составляет порядка 4 тыс., среди них преобладают сложноцветные и злаки. Затем в убывающем порядке следуют бобовые, осоковые, лютиковые, норичниковые, зонтичные, розоцветные, гвоздичные, губоцветные, горечавковые, орхидные, гречишные, крестоцветные. В фитоценозах некоторых типов травяных БГЦ широко распространены мхи и водоросли. В ограниченном числе типов травяных БГЦ растут деревья, кустарники, кустарнички, полукустарники, лишайники, но их роль в формировании фитоценозов обычно невелика.

По характеру жизненной стратегии, адаптивным свойствам и степени влияния на фитоценоз растения лугов и пастбищ Т. А. Ра-ботнов подразделил на доминантов и адциторов (ассектаторов). Доминанты-эдификаторы доминируют в травостое, аддиторы — нет.

Среди доминантов фитоценоза есть виды, доминирующие устойчиво, в течение длительного времени (детерминанты), и те, которые доминируют не постоянно, а временно (временные доминанты). Детерминанты, в свою очередь, подразделяются на виолен-тов, субвиолентов, патиентов и субпатиентов.

Виоленты — многолетние растения, способные в благоприятных для них условиях создавать устойчивые монодоминантные сообщества. При менее благоприятной экологической обстановке они выступают как кодоминанты в полидоминантных сообществах. И наконец, если условия их произрастания резко ухудшаются, свойства доминантности они утрачивают.

Субвиоленты, как и виоленты, способны доминировать в травостое, но их конкурентная способность невелика.

Патиенты — многолетние растения, обладающие резко выраженными приспособлением и выживанием. Они могут адаптироваться к произрастанию в условиях недостатка влаги, элементов минерального питания в почве и т. д. Субпатиенты — виды, у которых патиентные свойства выражены в меньшей степени, чем у растений предыдущей группы.

Среди временных доминантов выделяют группы растений, называемых ценофлуктуентами, флуктуационными эксплерентами и дисклимаксовыми эксплерентами. Ценофлуктуенты — растения, имеющие такой жизненный цикл, который позволяет им доминировать в травостое периодически, в течение короткого срока. Флуктуационные эксплеренты — многолетние, реже — дву- или однолетние растения, обладающие слабовыраженной конкурентной способностью. Период их доминирования в фитоценозе обычно непродолжителен. Дисклимаксовые эксплеренты проявляют доминантные свойства при постоянном действии фактора, обусловившего изменение ранее существовавшего фитоценоза. Одним из частых факторов подобного рода является выпас сельскохозяйственных животных. Наблюдения показали, что при длительном выпасе стад свойства доминантности могут приобрести лапчатка гусиная и спорыш.

Аддиторов Т.А. Работнов подразделяет на четыре группы. Одна из них — автотрофные многолетние адциторы (ассектаторы) — виды, способные устойчиво сохранять свое положение в фитоценозе, не принимая большого участия в его организации. Цветковые паразиты (полупаразиты) влияют на среду фитоценоза лишь косвенно, через растение-хозяина. Паразитируя, они могут ослаблять автотрофные растения, ускорять их отмирание и таким образом трансформировать исходный фитоценоз в другую форму. К аддиторам относят симбиотрофные одно-двулетние растения (бактериосимбиотрофы, микосимбиотрофы), полевые сорняки, встречающиеся чаще всего в виде особей и лишь изредка образующие заросли.

Б. М. Миркин отмечал, что в образовании пастбищных и луговых фитоценозов в подавляющем большинстве случаев наибольшую роль играют злаки. Поэтому в англоязычной литературе их называют злаковниками. Злаки — доминанты большинства травяных БГЦ, они обычно наиболее обильны и составляют основу урожая. Злаки устойчивы к выпасу (сенокошению), они способны отрастать после отчуждения зеленой массы. У злаковых растений листья расположены под острым углом к стеблю. Своеобразие архитектоники растений позволяет им эффективно использовать солнечную энергию и довольно быстро наращивать живую массу тел. В отличие от многих других семейств злаки обладают резко выраженной способностью эффективно перерабатывать азот, калий, фосфор и другие элементы минерального питания в органическое вещество.

Многочисленные виды злаков отличаются большим разнообразием в отношении увлажнения, климатических условий, содержания в почве питательных веществ и т. д. Заросли злаков развиваются в местообитаниях с разной экологической обстановкой. На переувлажненных почвах формируется травостой из канареечника тростникового, бекмании, полевицы побегообразующей. Злаковники, состоящие из мятлика узколистного, тонконога делявиня, арунди-неллы аномальной, разрастаются на относительно сухих почвах. Фитоценозы из ячменя короткоостного, бескильницы, лисохвоста вздутого образуются на засоленных почвах. На кислых и бедных почвах растут белоусники и т. д.

Однако преобладание злаков в травяных БГЦ отмечается далеко не всегда. На сильно переувлажненных почвах злаки замещаются осоковыми. В горно-лесном поясе фитоценозы состоят из вы-сокотравья. При перевыпасе в травяных биогеоценозах лесной зоны доминируют различные виды манжетки, в лесостепной — подорожники, одуванчики, клевер ползучий, лапчатка гусиная. В местах летних лагерей появляются однолетники из числа разнотравья.

Природных лугов и пастбищ становится все меньше. Создают искусственные пастбища при помощи посева многолетних, реже — однолетних травянистых растений. Так, для формирования культурных пастбищ в Нечерноземной зоне России используют ежу сборную, канареечник тростниковый, кострец безостый, лисохвост луговой, мятлики болотный и луговой, овсяницы красную и луговую, пырей бескорневищный, полевицу белую, райграсы высокий и пастбищный, тимофеевку луговую, клевера ползучий, луговой и гибридный, люцерны посевную и серповидную, лядвенец рогатый и другие, в основном многолетние, травы. На сеяных лугах и пастбищах видовой состав травянистых растений не так богат, как в природных травяных биогеоценозах, в которых произрастает до 50 видов трав. В некоторых случаях на сеяном пастбище доминирует одна культура — люцерна, или клевер, или озимая рожь и др.

Сеяные луга и пастбища неустойчивы, они подвергаются преобразованию (сукцессии). Сукцессия протекает в три стадии. Первая стадия сукцессии характеризуется активизацией банка семян сорных растений в почве в результате ее агротехнической обработки. Поэтому в первый год формирования травяного биогеоценоза отмечается буйный рост сорных растений. Обладая большой конкурентной способностью, сорняки обычно обгоняют в развитии культурные травы и могут доминировать в травостое. Для подавления сорняков и уменьшения потерь урожая к многолетникам иногда примешивают однолетнюю покровную культуру. Вводимая в травосмесь покровная культура подавляет сорняки, а затем, выполнив свою функцию, через год выпадает из травостоя. При выращивании люцерны в аридных районах в качестве покровной культуры хорошо зарекомендовала себя суданская трава (Мир-кин).

Вторая стадия сукцессии характеризуется доминированием высеянных трав. Продолжительность этой наиболее продуктивной стадии зависит от состава травосмеси. Она значительно удлиняется, если совместно высеяно несколько видов с разными темпами развития и длительностью жизни. Так, например, при совместном посеве клевера (с максимумом развития на третий год), овсяницы (на четвертый год), ежи и костреца (на пятый-шестой годы) вторая стадия сукцессии затягивается, ибо виды-доминанты сменяют Друг друга и кормовые качества травянистых растений остаются высокими в течение продолжительного времени. В третьей стадии сукцессии в травостое начинают преобладать местные виды растений, которые постепенно вытесняют высеянные культурные *равы.

В состав многих травяных БГЦ входят мхи — вечнозеленые растения. Среди них преобладают гипновые, реже — сфагновые. При скашивании травы косилками мхи обычно не срезаются и сохраняются в травостое. Но они весьма чувствительны к вытаптыванию копытными животными. При выпасе стад мхи, как правило, выпадают из травостоя. Поэтому в пастбищных БГЦ мхи представлены в незначительном количестве или совсем отсутствуют. На культурных пастбищах мхи разрушаются.

В состав травяных фитоценозов входят низшие растения — синезеленые, зеленые, желтозеленые и диатомовые водоросли. Общее количество видов водорослей колеблется от нескольких десятков до полутора сотен. Используя солнечную энергию, водоросли создают органическое вещество, обогащают им почву и обеспечивают гетеротрофов пищей. Поглощая диоксид углерода и выделяя кислород, они существенным образом влияют на воздушный режим почв. Некоторые синезеленые водоросли (цианобактерии) фиксируют атмосферный азот. Наряду с этим водоросли способствуют азотфиксации азотобактером. Продукты метаболизма водорослей влияют на состав и численность почвенной микрофлоры.

Гетеротрофы травяных биоценозов представлены бактериями, грибами, животными, паразитными растениями.

Мир бактерий велик, их видовой состав разнообразен. Некоторые из них ведут симбиотический образ жизни. К ним относят клубеньковые бактерии, находящиеся в симбиозе с бобовыми травами. Клубеньковые бактерии усваивают атмосферный азот и превращают его в азотсодержащие органические соединения. В то же время они находятся в экологической зависимости от бобовых, обеспечивающих их энергией. С отмирающими клубеньками и корнями бобовых растений азотсодержащие органические вещества поступают в почву и обогащают ее азотом. В некоторых травяных фитоценозах, в том числе в почвах, богатых азотом, бобовые отсутствуют. И, несмотря на это, азотфиксация там происходит. Фиксация атмосферного азота осуществляется свободноживущи-ми бактериями-азотфиксаторами эккрисотрофами и сапротрофа-ми. Азотфиксация атмосферного азота бактериями — не единственный источник обогащения почв азотсодержащими соединениями. В пастбищных БГЦ почва обогащается азотом экскрементов пасущихся сельскохозяйственных животных. Разложение и минерализацию фекалий осуществляет особая группа бактерий-копротрофов. Вследствие обогащения почв азотсодержащими веществами фекалий животных численность почвенных микроорганизмов на пастбищах обычно выше, чем на сенокосах. Бактерии-фитопаразиты на травянистую растительность влияют меньше, чем патогенные грибы.

В пастбищный (луговой) биоценоз входят грибы разных функциональных групп. Среди них: микоризные грибы — симбионты; грибы ризосферы — эккрисотрофы; копротрофы; сопротрофы;

грибы, паразитирующие на растениях и животных. Грибы-симбионты обитают на корнях растений семейств злаковых, бобовых, лютиковых, розоцветных, сложноцветных, губоцветных, норичниковых, горечавковых, первоцветных, гераниевых, подорожниковых. Между грибами и растениями складываются биологически взаимовыгодные отношения. Используя энергетический материал растительного организма, гриб, в свою очередь, способствует лучшему обеспечению растения элементами минерального питания.

Грибы-фитопаразиты травяных биоценозов разнообразны. Среди них широко распространены ржавчинные, мучнисто-росяные, головневые. Ржавчинные грибы паразитируют главным образом на вегетативных органах злаков, осок, бобовых, разнотравья, головневые — на вегетативных и генеративных органах растений. Широко распространены грибы, паразитирующие на корнях. Они вызывают корневую гниль у лугового и ползучего клеверов, снижают их продуктивность, обусловливают гибель всходов. Сапротрофные грибы участвуют в деструкции и минерализации мертвого органического вещества растительного и животного происхождения. Основная масса грибов-сапрофитов сосредоточена в дернине. Большинство почвенных грибов живет и размножается в хорошо аэрированных, достаточно увлажненных нейтральных или слабокислых почвах. Группу сапротрофных грибов, участвующих в разложении и минерализации каловых масс, составляют копротрофы. Численность грибов-копротрофов в пастбищных БГЦ обычно выше, чем на сенокосных угодьях.

Паразитные растения — компонент гетеротрофного блока биоценоза. В травяных биоценозах распространены главным образом растения-полупаразиты. От организма хозяина они получают воду, элементы минерального питания, в некоторых случаях — энергетический материал. Полупаразиты представлены в основном норичниковыми, особенно погремками, очанками, марьянниками, хо-ботниками и другими однолетними растениями. Распространены одно- и многолетние полупаразиты мытники, реже — кастелии. Встречаются полупаразитарные растения семейства санталовых. Растения-паразиты представлены повиликой и заразихой. Вредное влияние паразитизма (полупаразитизма) более резко проявляется в биоценозах с низким травостоем, большим числом угнетенных растений. В пастбищных БГЦ растений полу- и паразитов мало или нет, так как они не выдерживают длительного вытаптывания животными и погибают.

Животный мир травяных биоценозов представлен млекопитающими, птицами, рептилиями, амфибиями, моллюсками, членистоногими, червями, простейшими. В пастбищный биоценоз человек вводит сельскохозяйственных животных. Одни виды животных питаются растениями (фитофаги), другие — животными (зоофаги, хищники), третьи — бактериями (бактериофаги), четвертью — остатками отмерших растений и животных (сапрофаги). Некоторые виды животных поедают фекалии (копрофаги). В природных травяных биоценозах сложились оптимальные цепи питания.

Сочленами пастбищного биоценоза могут быть возбудители и переносчики заразных болезней сельскохозяйственных животных. Болезнетворным (патогенным) действием обладают многие виды вирусов, бактерий, паразитов, низших и высших растений (микрофлоры, ядовитых растений), животных (насекомых, гельминтов, ядовитых змей и т. д.). Переносчиками заразных болезней являются некоторые виды насекомых, клещей, моллюсков, птиц, млекопитающих и т. д.

Перенос заразного начала от больных животных к здоровым может быть либо механическим, либо биологическим. При механическом переносе микроорганизмы находятся на (в) теле переносчика, не вступая с ним в биологические отношения. Перемещаясь с больного животного на здоровое, переносчик при укусе заражает его. Примером может служить перенос кровососущими насекомыми бациллы сибирской язвы — возбудителя тяжелой болезни животных и людей. Слепни, мухи-жигалки, другие насекомые-кровососы, паразитируя на заболевших сибирской язвой животных, высасывают кровь и находящиеся в ней бациллы. Инфицированные сибиреязвенными бациллами насекомые-кровососы перелетают на других животных, в том числе здоровых, и, паразитируя, заражают их сибирской язвой. При биологической передаче возбудитель болезни, будучи связанным с переносчиком, вступает с ним в сложные биологические взаимоотношения, проходит определенный путь индивидуального развития и становится болезнетворным для сельскохозяйственных животных. В качестве примера можно привести заражение животных плоскими червями — фасциолами — возбудителями заболевания, называемого фасциолезом (рис. 18). Фасциолы поражают животных всех видов и человека. Половозрелые фасциолы, паразитирующие в желчных ходах печени животных, выделяют яйца, которые попадают в кишечник, а оттуда с фекалиями во внешнюю среду. При благоприятных условиях из яйца выходит зародыш (мирацидий). Он плавает в воде, но сохраняется в ней недолго. Дальнейшее его развитие возможно только в теле промежуточного хозяина — биологического переносчика фасциол — моллюска (малого прудовика), обитающего в лужах, заросших травой. Плавая в воде, мирацидий контактирует с моллюском, внедряется в его тело, проходя дальнейшие стадии своего индивидуального развития. Затем зародыш выходит из тела промежуточного хозяина, превращается в адолескария, прикрепляется к листьям и стеблям растений, плавает в воде. Когда животные поедают траву и пьют воду, они заглатывают адолескариев и заражаются фасциолезом. Интенсивность распространения энзоотий фасциолеза на пастбищах определяется ареалом промежуточных хозяев фасциол — малых прудовиков. *

Рис. 18. Развитие фасциол (по К. И. Скрябину)

В природных травяных биогеоценозах травоядные животные, болезнетворные микроорганизмы их переносчики сосуществуют очень давно, теоретически вечно. В течение длительной эволюции они приспособились друг к другу, между ними сложилось экологическое равновесие, препятствующее возникновению энзоотий. Иная картина в антропогенных пастбищных биогеоценозах. Здесь вспышки массовых заразных заболеваний животных регистрируют довольно часто.

3.5.1.3. СТАДО СЕЛЬСКОХОЗЯЙСТВЕННЫХ ЖИВОТНЫХ И ЕГО ВЛИЯНИЕ НА ПАСТБИЩНЫЙ БИОГЕОЦЕНОЗ

Стадом называется группа домашних животных обычно одного вида, породы, пола, близкого возраста, подобранных для отдельного содержания, кормления, нагула, откорма и т. д. Синонимами термина «стадо» являются «отара» в овцеводстве, «гурт» в мясном и молочном хозяйстве. Имеется и другое определение стада. Стадо — поголовье сельскохозяйственных животных одного вида или очень близких хозяйственных черт (Реймерс). В большинстве хозяйств России термином «стадо» обозначают группу сельскохозяйственных животных одного или нескольких видов. В одних случаях стадом называют группу пасущихся лошадей, или овец, или крупного рогатого скота, или свиней, в других — совокупность животных ряда видов: и лошадей, и овец, и крупного рогатого скота.

Стадо сельскохозяйственных животных — компонент пастбищного биогеоценоза. Пастбище — временное или постоянное местообитание для стада. Как компонент биогеоценоза стадо сельскохозяйственных животных занимает определенную экологическую нишу. Экологическая ниша стада — это та функция, которую оно выполняет в биогеоценозе, т. е. образ жизни сообществ сельскохозяйственных животных во время выпаса. Важнейшая биогеоцено-тическая функция пасущихся животных — потребление ими фитомассы и перевод ее в органические вещества своих тел, в молоко, экскременты, простые неорганические соединения — диоксид углерода, воду и минеральные соли. Стадо — экологический фактор комплексного характера, поэтому его влияние на пастбище проявляется во многих направлениях. Главные из них — стравливание пастбищной растительности; вытаптывание пастбища; влияние на среду экскрементов животных.

Стадо как экологический фактор влияет на пастбище не всегда одинаково: в одних случаях позитивно, в других — негативно. Для того чтобы лучше понять и полнее оценить характер влияния выпаса сельскохозяйственных животных на пастбищный травостой, необходимо сопоставить созданные человеком пастбища с природными, с их естественной травянистой растительностью и связанными с ней стадами диких копытных. О природных пастбищных биогеоценозах известно мало. Но и имеющийся материал позволяет считать, что сельскохозяйственные и дикие животные на пастбищный травостой влияют в одном направлении. Несмотря на это, характер изменения пастбищ под действием выпаса сельскохозяйственных и диких животных не всегда одинаков. Взаимоотношения между естественно сложившимися фитоценозами и зооценозами, между ними и окружающей их средой сбалансированы, и потому биологическая продуктивность природных пастбищных биогеоценозов постепенно прогрессивно нарастает. В биогеоценозах, преобразованных человеческой деятельностью в пастбищные угодья, сбалансированные взаимоотношения между флорой и фауной отмечают далеко не всегда. Более того, многовековой опыт пастбищного животноводства свидетельствует, что в подавляющем большинстве случаев выпас стад на созданных человеком пастбищах имел негативные последствия. Многие пастбищные угодья подверглись деградации, и условия пастбищного кормления сельскохозяйственных животных ухудшились.

Разные виды диких и домашних животных влияют на пастбищный травостой неодинаково. Причин тому много. Одна из них, возможно главная, — присущие каждому виду животных особенности поедания растительности.

В силу анатомо-физиологических особенностей кусательного и жевательного аппаратов крупный рогатый скот лучше всего стравливает травостой высотой 10—12 см. С помощью языка животные передвигают пучок травы в рот, резким движением головы отрывают ее. Отдельные листья и побеги отрываются на разной высоте, но не ниже четырех сантиметров от поверхности почвы. Лошади скусывают траву зубами на более низком уровне, чем ее обрывает крупный рогатый скот. Овцы стравливают хорошо поедаемые растения почти у самой поверхности почвы (на высоте 2 см). У овец нет верхних резцов. Они захватывают растения подвижными губами, затем языком придавливают их к межчелюстной зубной пластинке. Дернув головой, овцы отрывают или перекусывают стебли поедаемых трав. Растения, подгрызаемые почти у самой корневой системы, угнетаются и даже выпадают из травостоя. По-видимому, поэтому в народе родилась поговорка: «У овец ядовитые зубы». Козы не только «выстригают» траву до корней, но и нередко вырывают ее из земли. Из-за сильного повреждения растительности пастбище может утратить способность к самовосстановлению.

Во многих странах мира животноводы вначале занимались скотоводством, а затем по мере ухудшения угодий они переходили к овцеводству и, наконец, из-за оскудения пастбищ переключались На разведение коз. При снижении урожайности пастбищ пастбищное кормление животных заметно ухудшалось. Пастбищное животноводство нередко приходило в упадок.

Под влиянием длительного выпаса животных одного вида происходит негативное преобразование видового состава пастбищной растительности. Животные любого вида, выпасаемые на пастбище, в первую очередь поедают наиболее вкусные для них растения. Интенсивно выедаемые излюбленные для животных растения угнетаются, выпадают из травостоя, а жгучие, колючие, неприятно пахнущие и ядовитые травы, которые животные не поедают, начинают доминировать в фитоценозе.

Т. А. Работнов отмечал, что при преобразовании видового состава пастбищной растительности происходят уменьшение численности и снижение жизненности высокорослых («верховых») злаков (костреца безостого, пырея ползучего, лисохвоста лугового, овсяницы луговой и др.). Начинают преобладать низкорослые («низовые») растения, способные образовывать значительное число укороченных побегов: мятлик луговой, овсяница красная и т. д. Разрастаются одуванчик лекарственный, тмин обыкновенный, лапчатка гусиная и другие растения разнотравья. Увеличивается численность лютиков, чемерицы и других ядовитых растений. Возникает опасность кормовых отравлений крупного рогатого скота, овец и животных других видов. Вероятность возникновения кормовых отравлений у пасущихся животных возрастает по мере уменьшения доступного для них пастбищного корма.

На пастбище с бедной растительностью животные не могут позволить себе игнорировать второстепенные пищевые объекты, так как поиск желанного корма требует слишком продолжительного времени и больших энергетических затрат. В сложившейся ситуации у проголодавшихся животных подавляется инстинкт пищевой специализации и самосохранения — они начинают поедать нестандартные корма, в том числе ядовитые растения. Это приводит к возникновению у животных кормовых токсикозов.

Однако было бы ошибочно считать, что выпас стад сельскохозяйственных животных влияет на пастбищный травостой лишь негативно. При экологически обоснованной пастьбе биологическая продуктивность пастбищной растительности не только не снижается, но и может повышаться. Под влиянием умеренного выпаса крупного рогатого скота численность злаковых растений может возрастать. Появляется больше ценных кормовых растений: ежи сборной, овсяницы луговой, костреца безостого, лисохвоста лугового. В то же время многие виды разнотравья из травостоя выпадают. Снижается численность высоко- и среднетравья, в том числе некоторых видов зонтичных (жабрица порезниковая, борщевик сибирский, дягиль), сложноцветных (тысячелистник хрящеватый, бодяк полевой, козлобородник) . Изменение видового состава растений на урожайности пастбищной растительности почти не сказывается, но кормовая ценность травостоя значительно возрастает. Улучшение кормовых качеств пастбищной растительности благоприятно влияет на жизнедеятельность животных, рост их продуктивности, воспроизводительную способность. Повышается качество мяса, молока, шерсти и другой животноводческой продукции. *

На травостой и почву пастбищных экосистем влияет давление копыт пасущихся животных. Давление копыт овец относительно умеренно — оно составляет 1—2 кг/см2. Копыта коров оказывают значительно более сильное давление, достигающее 5 кг/см2.

Воздействие копыт пасущихся животных на травостой лугов и пастбищ проявляется в разных формах. Одна из них — непосредственное механическое воздействие на надземные органы растений и отчасти на их корневую систему. Органы растений повреждаются или полностью разрушаются. В поврежденных листьях растений нарушается фотосинтез. Рост и развитие травмированных растений затормаживаются или даже прекращаются. Растения могут выпадать из фитоценоза. Другая форма влияния вытаптывания на пастбищные растения — опосредованная. Вытаптывание изменяет физические свойства почв и тем самым опосредованно влияет на рост и развитие растений.

Копыта животных разных видов влияют на растительный покров и на почву пастбищ неодинаково. Наиболее сильное, нередко разрушающее воздействие оказывают копыта крупного рогатого скота и лошадей, особенно подкованных. Копыта овец на пастбище влияют несильно, как правило, позитивно. Благотворное действие копыт овец на дернину животноводами подмечено давно.

Влияние вытаптывания на травостой и почву тем сильнее, чем выше плотность популяции пасущихся животных и чем продолжительнее срок выпаса стад.

Реакция разных видов растений на вытаптывание их животными неодинакова. По характеру ответной реакции растений на вытаптывание их подразделяют на пять групп (Работнов): 1) не выносящие вытаптывания — райграс высокий, молиния, дудник лесной, канареечник тростниковый, борщевик сибирский и др.; 2) чувствительные к вытаптыванию — лисохвост луговой, кострец безостый, вейник наземный, осока острая, чина луговая, клевер горный, бодяк болотный, лабазник вязолистный, тысячелистник хрящеватый, горец — рачьи шейки; 3) умеренно устойчивые к вытаптыванию — тимофеевка луговая, щучка, полевица тонкая, душистый колосок, трясунка средняя, осока бледная, клевер луговой, тмин обыкновенный, чемерица; 4) устойчивые к вытаптыванию — ежа сборная, овсяница луговая, полевица белая, полевица собачья, гребенник обыкновенный, мятлик луговой, осока заячья,-лютик едкий, тысячелистник обыкновенный; 5) особенно устойчивые к вытаптыванию, — райграс многолетний, мятлик однолетний, клевер ползучий, спорыш, подорожник большой.

К вытаптыванию чувствительны: высокорослое разнотравье, Особенно стержнекорневое (борщевик сибирский, купырь лесной, Жабрица порезниковая), вьющиеся и цепляющиеся травы (чина луговая, мышиный горошек), высокорослые злаки с удлиненными Побегами (райграс высокий, канареечник тростниковый), медленно развивающиеся растения (молиния). Эксплуатация пастбищ сопровождается преобразованием видового состава пастбищной растительности. Чувствительные к вытаптыванию растения выпадают из травостоя. В фитоценозе начинают преобладать растения, устойчивые к вытаптыванию. При экологичной эксплуатации пастбищ между фитоценозом и зооценозом формируется равновесие. Урожайность пастбищного травостоя устанавливается на достаточно высоком уровне в течение длительного времени. Иная картина при перевыпасе. Перегрузка пастбища губительно влияет на пастбищный травостой. Погибают не только чувствительные, но и устойчивые к вытаптыванию растения. Почва лишается растительного покрова. Массовая гибель растений отмечена на стойбищах и у мест водопоя сельскохозяйственных животных.

В экологически сбалансированных пастбищных биогеоценозах давление копыт пасущихся животных благоприятно влияет на дернину. Если стадо не слишком велико, а пастбищная нагрузка оптимальна, то уплотнения почвы не происходит. В этом случае давление, оказываемое копытами животных на почву, может влиять на ее воздушно-влажностный режим позитивно. Богато пронизанная корнями и корневищами упругая дернина под давлением копыт животных сжимается. Но как только давление прекращается, благодаря присущей ей упругости она возвращается в исходное положение. Периодические сжатия и расширения упругого и прочного дернового пласта способствуют улучшению газообмена между дерниной и надпочвенным воздухом. Формирование упругой и прочной дернины происходит медленно, в течение десятилетий. Негативные изменения дернины отмечают при перевыпасе. Чрезвычайно высокое давление копыт большого числа животных приводит к уплотнению почвы, которое сопровождается изменением ее водно-воздушного режима. Отмечаются уменьшение объема пор, замедление миграции воды в почве. Влагоем-кость почвы снижается. Изменяются ее биологические свойства. Численность аэробных бактерий, в том числе азотобактера, снижается. Количество анаэробных микроорганизмов увеличивается. Подавляется жизнедеятельность дождевых червей. Уплотненные почвы негативно влияют на рост и развитие растений. Глубина проникновения корневых систем растений уменьшается, ухудшаются условия их минерального питания. Многие виды растений выпадают из травостоя, и почва оголяется. Оголенная почва сухих пастбищ еще больше иссушается, ее поверхность разрушается, подвергается водной и ветровой эрозии. На влажных пастбищах со слаборазвитой дерниной копыта животных вдавливаются глубоко в почву, оставляя после себя углубления. Дернина деформируется, разрушается. Верхний слой почвы превращается в грязеобразную массу. Образуются скотобойные кочки. В результате снижения влагоемкости и водопроницаемости почвы вытаптывание может способствовать заболачиванию пастбищ.

Влияние экскрементов пасущихся животных на состояние пастбищной растительности, физико-химические и биологические свойства почв, их плодородие, на биотический круговорот в биогеоценозах изучали во многих странах мира. Исследования показали, что выделяемые животными фекалии и моча, входя в контакт с поверхностью луга, влияют на рост и развитие растений, состояние почв, геохимическую обстановку в биогеоценозе. Воздействие отложения экскрементов на БГЦ и его компоненты зависит от вида выпасающихся животных, плотности популяции, продолжительности выпаса и ряда других факторов. Животные разных видов выделяют неодинаковое количество фекалий и мочи. Так, корова в течение суток выделяет 15—35 кг кала, лошадь — 15—20, овца, коза и свинья — по 1—3 кг каждая. Физико-химические свойства каловых масс у животных разных видов также неодинаковы. У крупного рогатого скота фекалии жидкой консистенции, неоформленные. Падая на поверхность пастбища, они образуют «лепешки» диаметром 20—30 см. У лошадей фекальные массы сформированы в рыхлые катыши величиной 3—5 см. У овец и коз катыши плотные, с лесной орех. У свиней фекалии имеют форму небольшой колбаски. Иногда кал утрачивает форму, становится жидким. Количество мочи, выделяемой в сутки взрослым рогатым скотом, составляет 6—25 л, лошадью — 3—15, овцой — 0,5—2, свиньей — 1,5—6 л.

Растения, погребенные под фекальной лепешкой крупного рогатого скота, отмирают из-за прекращения доступа воздуха к ним. Условия питания для растений, произрастающих по периферии лепешки, особенно благоприятны — их рост и развитие заметно ускоряются. Поэтому на поверхности зеленого ковра луга образуются голые пятна, окруженные каймой пышно развитых растений. Пятна постепенно зарастают травами и исчезают. Лошади фекальные массы откладывают в виде довольно крупных, но рыхлых кучек. Механическое давление, оказываемое ими на растения, незначительное. Дыхание растений, покрытых кучкой, обычно не нарушается; они, как правило, не отмирают. Быстрая минерализация экскрементов обогащает почву элементами минерального питания растений, и поэтому в местах отложения отдельных фекальных кучек формируются пятна бурно развивающейся растительности. Лошади склонны «оправляться» в определенных участках пастбищного биогеоценоза. Поэтому в таких местах долго эксплуатируемых Конских пастбищ скапливается значительное количество фекальных масс, отрицательно влияющих на погребенную растительность. Фекалии овец и коз рассеиваются по пастбищу обычно более или менее равномерно. Подобно небольшим гранулам органического вещества катыши фекалий мелких жвачных неблагоприятного механического влияния на пастбищный травостой не оказывают. Не отмечено негативного влияния на пастбищный травостой и фекалий свиней. Экскременты кур и гусей отлагаются в Небольшом количестве, но из-за особенностей химического состава на большинство видов трав они действуют негативно. Моча легко проникает в почву, быстрее, чем кал, минерализуется. Она может оказывать известное гербицидное действие. При обильном поении животных моча разжижается водой и ее вредоносное влияние на растения устраняется.

Экскременты животных — ценное органическое удобрение. Они содержат элементы минерального питания растений. Под влиянием экскрементов в почве активизируются микробиологические процессы, увеличивается численность почвенной фауны. Плодородие почв возрастает. Однако накопление в определенных местах пастбищ избыточного количества экскрементов на травяной биогеоценоз влияет негативно. Там, где откладывается слишком много фекальных масс, травостой погибает. Происходит загрязнение почв, грунтовых и поверхностных вод, в том числе водопоев. При биологическом загрязнении среды в пастбищный биогеоценоз могут интродуцироваться патогенные микроорганизмы (например, бациллы сибирской язвы), яйца гельминтов. Создается опасность возникновения заболеваний пасущихся животных.

Деградация пастбищной территории особенно часто происходит в местах постоянного скопления большого поголовья крупного рогатого скота, овец и животных других видов. На стойбищах, где стада находятся в течение продолжительного времени, уничтожается пастбищная растительность, разрушается и загрязняется почва. При смене стойбищ происходит процесс возврата пастбища к исходному состоянию (демутация). Демутация развивается медленно, она растягивается на многие годы.

Выпасаясь на пастбище, сельскохозяйственные животные влияют не только на фитоценоз, но и на зооценоз пастбищной экосистемы. Воздействие стада на травяной зооценоз может быть как непосредственным, так и опосредованным. Непосредственное воздействие стад на зооценоз выражается в поедании сельскохозяйственными животными вместе с травой представителей микро- и мезофауны (мелких членистоногих и т. д.). Уничтожение мелких животных может быть не только случайным, но и преднамеренным. Находясь на пастбище, свиньи роются в земле. Они выискивают и поедают дождевых червей и других почвенных животных. Выпас стад способствует преобразованию видового состава растительности, изменению фитоклимата, физикохимических и биологических свойств почвы. Условия жизни зооценоза изменяются. Там, где происходит ксерофитизация пастбищ, начинают преобладать животные-ксерофилы. Преобладание животных-гидрофилов отмечают в зооценозах заболоченных пастбищ.

Таким образом, влияние стад сельскохозяйственных животных на состояние пастбищных биогеоценозов огромно. Оно может быть и позитивным, и негативным. Животноводам необходимо научиться управлять стадом так, чтобы под влиянием пастьбы жи-

вотных пастбищный биогеоценоз изменялся благоприятно: урожайность пастбищной растительности возрастала, а ее кормовые качества улучшались.

3.5.2. ОРГАНИЗАЦИЯ ПАСТБИЩНОГО СОДЕРЖАНИЯ ЖИВОТНЫХ

Пастбищное содержание бывает стационарным, лагерно-пастбищным и стойлово-лагерным. При стационарном содержании стадо пасут на пастбище, расположенном на небольшом расстоянии от фермы, и животных ежегодно пригоняют на ночевку в зимнее помещение. При лагерно-пастбищном содержании животные часть времени находятся в лагерях, оборудованных на пастбищах, остальное время пасутся. И наконец, при стойлово-лагерном содержании животные находятся в лагерных помещениях постоянно и их кормят свежескошенной травой.

Организация пастбищного содержания и кормления сельскохозяйственных животных и птиц предполагает проведение ряда подготовительных мероприятий. Подготовку начинают задолго до наступления пастбищного сезона. В предпастбищный период составляют план, в котором предусматривают проведение работ по оценке пастбищ, предназначенных для выпаса, их благоустройству, формированию стад животных разных видов и т. д.

3.5.3. ПОДГОТОВКА ПАСТБИЩ К ЭКСПЛУАТАЦИИ, ЖИВОТНЫХ — К ВЫПАСУ

Ранней весной, после схода талых вод, проводят комиссионную оценку пастбищных угодий. В план обследования пастбищ входят составление инвентарной описи участков, определение состояния тырл, стойбищ, лагерных построек, мест водопоя и прогона животных.

, Пастбищную территорию очищают от мусора (валежника, проволоки и т. д.), удаляют кустарники, прошлогоднюю траву, что способствует повышению урожайности пастбищной растительности и улучшению ее кормовых качеств.

При лагерно-пастбищной системе животноводства оборудуют лагеря. Их обычно располагают посредине пастбищных участков, вблизи водоисточников, используемых для водопоя пасущихся

ЖИВОТНЫХ.

В лагерях для крупного рогатого скота устанавливают навесы, открытые или закрытые от господствующих ветров щитами, или •Четкие помещения закрытого типа со стойлами, кормушками, Пунктом искусственного осеменения, родильным отделением, канализацией, автопоилками, механизмами для доения коров, клет-.!®»Ми для индивидуального и группового содержания телят.

Для свиней делают базы-навесы, разделенные на загоны, и базы-навесы с тремя стенами, оборудованные станками для супоросных свиней, подсосных свиноматок с поросятами и хряков-производителей.

В лагерях для овец оборудуют легкие сараи или низкие крытые навесы с клетками для окота маток. Лагерные постройки предназначены для ночевок и отдыха животных, их защиты от неблагоприятных погодных условий (холода и жары).

В лагерях оборудуют водопойные пункты. Их располагают с учетом паспортизации рек, речек, озер и других водоемов, расположенных на территории пастбища (хозяйства). В паспортах отражены физико-химические свойства воды, ее санитарно-гигиеническое состояние, пригодность для поения животных.

Расстояние от мест выпаса до водопойных пунктов не должно превышать: для лактирующих высокопродуктивных коров — 1 км; для менее удойных (до 10 л молока) — 2; для нагульного скота и телят в возрасте до 1 года — 3; для свиноматок с поросятами — 0,5; для лошадей — 4; для овец — 3 км. Если источники воды находятся на большем расстоянии, то целесообразно организовать подвоз воды. Подвоз воды овцам позволяет увеличить время выпаса, сократить перегоны животных, предупредить вытаптывание растительности. Молочность овец увеличивается, что положительно сказывается на росте ягнят и их устойчивости к заболеваниям.

Если для поения используют открытый водоем, то для животных необходимо сделать удобные подступы к воде. На крутых берегах делают отлогие спуски. Топкие берега засыпают грунтом или щебнем, утрамбовывают или покрывают плиточным камнем. Безопасный доступ к воде имеет немаловажное значение для профилактики травматизма животных (вывихи суставов, ушибы и т. п.).

Водопойную площадку обычно огораживают. По прибрежной полосе водоема, используемого для водопоя крупного рогатого скота, устанавливают частокол, который позволяет животным свободно пить воду, не загрязняя ее.

Если для водопоя используют прудовую воду, то ниже плотины устанавливают водопойные корыта. В них воду подают по трубам, что позволяет проводить водопой животных ниже пруда и таким образом предохранять водоем от загрязнений экскрементами.

При организации пастбищной территории, предназначенной для выпаса коров, необходимо правильно выбрать место для доильного пункта. Расстояние доильных площадок от наиболее удаленных пастбищных загонов не должно превышать 2 км. Для сокращения перегонов рекомендуется применять не трехкратное, а двукратное доение. Рациональное размещение доильного пункта на пастбище не только снижает расходы по обслуживанию коров, но и позволяет увеличить производство молока при тех же запасах пастбищной травы (Баканов, Давыдова, Овсищер).

В лагере должен быть оборудован ветеринарный пункт с аптекой, что необходимо для своевременного проведения мероприятий по охране животных от заболеваний. Комплекс лечебно-профилактических и санитарно-гигиенических мероприятий предусматривает огораживание старых скотомогильников, ремонт био-термических (чешских) ям, предназначенных для утилизации трупов животных, павших в период пастбищного содержания. Осуществляют токсикологическую оценку пастбищ: определяют в растительности остаточные количества пестицидов, нитратов ит. д.

Наряду с этим ведут подготовку сельскохозяйственных животных к пастбищному содержанию. Им делают предохранительные прививки (вакцинацию), и животные приобретают устойчивость (иммунитет) к заражению возбудителями сибирской язвы, других опасных болезней.

При подготовке к пастбищному содержанию у животных расчищают и подрезают копыта. Лошадей расковывают.

Стада, отары, табуны формируют с учетом вида, пола, возраста, продуктивности и здоровья животных. В больших скотоводческих хозяйствах крупный рогатый скот рекомендуют делить на группы: 1) коровы, нетели; 2) телки старше года; 3) отдельно бычки и телки в возрасте от б до 12 мес; 4) телята от 2 до 6 мес.

Размер гуртов, отар, табунов устанавливают в зависимости от характера пастбищ, их травостоя и обеспеченности животных водопоем. При выпасе на открытых природных или культурных пастбищах формируют стада из 100—150 коров, 150—200 телят. В лесу пасут небольшие стада.

Проблема численности популяций домашних животных до сих пор не решена. Несмотря на это, ясно, что стада не должны быть слишком большими, так как иначе увеличивается плотность популяций, учащаются случаи нарушений внутрипопуляционных взаимоотношений, конфликтных ситуаций, возрастают заболеваемость, стресс, травматизм животных.

Для выпаса крупного рогатого скота лучше выделять пастбища с преобладанием злаковых и бобовых трав.

Овец и коз целесообразно пасти на относительно сухих пастбищах с густой низкой травой. Из лесных пастбищ для овец пригодны большие освещенные поляны.

Для свиней наиболее подходят пастбища с низким рельефом местности, влажными почвами. Желательно, чтобы на пастбище была древесная растительность, которая дает тень в жаркую погоду.

Сухие возвышенные пастбища с плотной почвой, с густым, но не очень высоким травостоем лучше для пастьбы лошадей.

Всесторонняя оценка пастбищ и подготовка стад перед выпасом Играют важную роль в комплексе мероприятий по профилактике заболеваний животных, повышению их продуктивности и воспроизводительной способности.

Пастбищный травостой — естественный корм для крупного рогатого скота, овец, лошадей и травоядных животных других видов. Химический состав пастбищной растительности весьма изменчив. По мере роста и развития в пастбищном травостое уменьшается количество воды, увеличивается доля сырой клетчатки. Содержание воды в фитомассе может колебаться от 65 до 85 %, сырой клетчатки — от 20 до 40 % (сухого вещества корма). Сырого протеина много в молодой траве, меньше — в созревшей и совсем мало — в перезревшей. Его концентрация в фитомассе колеблется от 3 до 30 % сухого вещества корма.

В. Н. Баканов и Б. Р. Овсищер отмечали, что на пастбищах средней зоны России содержание протеина в сухом веществе злаковых трав составляет 12—15 %. Однако при внесении в почву больших количеств азотных удобрений концентрация протеина в траве может возрастать до 25 % и более. Наряду с этим в растениях могут накапливаться соли азотной кислоты — ядовитые соединения, вызывающие у животных отравления (нитратный токсикоз). Несмотря на то что в разные периоды пастбищного сезона количество сырого протеина в кормовой массе может резко увеличиваться или, наоборот, уменьшаться, относительные пропорции аминокислот в ней меняются незначительно. Протеины пастбищных трав богаты аргинином, содержат значительные количества глютаминовой кислоты. Имеющиеся в фитомассе растворимые углеводы включают фруктозаны и сахара, такие, как глюкоза, фруктоза, сахароза и др. Их общее количество в сухом веществе корма колеблется от 4 до 30 %. Доля целлюлозы составляет 20—30 %, гемицеллюлозы — 10—30 % сухого вещества пастбищного корма. Концентрация этих полисахаридных соединений возрастает по мере созревания растений. Пастбищная трава богата витаминами, биологически активными веществами — эстрогенами и т. д. В ней содержатся калий, кальций, фосфор, магний, медь, кобальт, цинк и другие макро- и микроэлементы. Их количество в пастбищном корме может резко варьировать. Изменение концентрации химических элементов в пастбищной растительности зависит от многих причин. Одна из них, вероятно, самая главная, — изменение биотического круговорота макро- и микроэлементов в пастбищных биогеоценозах.

Таким образом, при пастбищном содержании, как и при стойловом, необходимо балансирование рациона кормления животных. В рацион высокопродуктивных коров вводят корма, богатые углеводами (кукурузная или ячменная дерть, сухой жом) или клетчаткой (овсяная солома). Важный источник углеводистых кормов — кукурузный силос и кормовая свекла, которыми подкармливают коров на пастбищах с преобладанием бобовых растений. В качестве подкормки используют гранулы и брикеты, нриготовлен-

ные из соломы, концентраты с патокой, минеральные соли. При пастьбе по бобовым травам эффективно применение концентратов и солей фосфора (динатрийфосфата), при скармливании зеленой озимой ржи —злаковых концентратов и солей кальция (мела) (Сальникова). На пастбищах Нечерноземья целесообразно балансирование летних рационов высокопродуктивных коров не только по общей энергии, переваримому протеину, аминокислотам, лег-копереваримым углеводам, макро- и микроэлементам, но и по содержанию биологически активных окислительных ферментов. При выпасе по бобовым травам крупному рогатому скоту рекомендуют давать овсяное сено, овсяную солому, предварительно смоченный сухой жом, что имеет важное значение для профилактики тимпании — заболевания, характеризующегося переполнением рубца газами.

Система пастбищного содержания предусматривает мероприятия по обеспечению животных поваренной солью (натрия хлоридом). Суточная потребность в натрии хлориде не менее 20—50 г у коров, 20—60г у лошадей, 5—Юг у овец, 0,5—1 г у свиней. При пастбищном содержании потребность животных в поваренной соли повышена, так как в зеленых растениях содержание натрия и хлора ограничено.

Натрия хлорид улучшает вкусовые качества корма, возбуждает аппетит. При дефиците поваренной соли у животных нарушается водно-солевой обмен, снижаются упитанность, продуктивность, воспроизводительная способность. Для обеспечения потребности животных в натрии хлориде лучше всего использовать соль-лизунец, которую раскладывают в кормушках, около мест водопоя, на пастбище. Можно применять и рассыпную соль, но с осторожностью (во избежание отравления). Солевому токсикозу особенно подвержены свиньи и птицы, поэтому им поваренную соль дают в растворе.

В геохимических зонах йодной, кобальтовой, медной и фторной недостаточности используют поваренную соль, обогащенную йодом, кобальтом, медью и фтором.

В зонах с дефицитом йода используют стандартную иодированную соль, выпускаемую солевыми заводами. Иодированную сЬль можно приготовить непосредственно в хозяйстве. Для этого берут 100 мл 2,5%-ного водного раствора иодида калия и смешивают его в стеклянной посуде с 1 кг соли. После тщательного перемешивания содержимое высыпают в деревянное корыто с 99 кг поваренной соли и снова тщательно перемешивают в течение 10—15 мин.

В зонах кобальтовой недостаточности готовят брикеты-лизунцы §з расчета 300 г хлорида кобальта на 1 т поваренной соли. «Медные» брикеты-лизунцы получают при смешивании 1 кг сульфата меди с 1т поваренной соли.

В геохимических зонах, неблагополучных по заболеваемости кариесом зубов, используют фторированную соль, приготовленную смешиванием 90—300 г фтора с 1 т поваренной соли.

Важно соблюдать режим поения животных. При водном голодании у животных нарушается водно-солевой обмен. Происходит сгущение крови. Нарушается деятельность органов и систем. Продуктивность животных, особенно лактирующих коров, резко снижается. Во время пастбищного содержания животных рекомендуют поить не менее 3 раз в день: первый раз — через 2 ч после начала пастьбы; последний раз — за 2 ч до ее окончания. Высокоудойных коров поят 4—5 раз в день. Потребность коров в воде особенно возрастает после доения. Поение крупного рогатого скота и овец сразу же после скармливания клевера или люцерны может привести к вздутию (тимпании) рубца и гибели животных. Поэтому при пастьбе по бобовым травам жвачных рекомендуют поить не ранее чем через 2,5—3 ч после приема корма.

Качество корма — важное, но не единственное условие рационального пастбищного кормления животных с целью повышения их продуктивности и воспроизводительной способности. Эффективность пастбищного животноводства во многом зависит от умения управлять стадом во время выпаса.

3.5.5. УПРАВЛЕНИЕ СТАДОМ

Методы пастьбы, применяемые животноводами, в значительной мере зависят от особенностей травяных биогеоценозов. Обширные естественные травяные ландшафты с давних пор используют для вольного выпаса. В последнее десятилетие многие пастбищные угодья превращены в пашню. Широкое распространение получила загонная пастьба.

Вольный выпас. Приемов пастьбы много. Наблюдая за работой опытных пастухов, можно сделать заключение, что их приемы выпаса животных экологичны. Правильно пасти — это в первую очередь использовать в пастбищном животноводстве то, к чему в процессе длительной эволюции пришла природа.

В управлении стадом пастухи умело используют врожденные и приобретенные рефлексы животных. При приучении молодняка к выпасу немалое значение имеют рефлексы подражания. В группу «воспитуемых» молодых животных, еще не научившихся есть траву, включают телят-«воспитателей» (менторов). Обучаемые телята, наблюдая за поведением менторов, подражают им и уже через 2—3 ч начинают поедать траву.

Пастухам хорошо известен стадный инстинкт животных. Особенно резко он выражен у овец. С помощью специальных сигналов (звуков и жестов) пастухи собирают животных в стадо, и только в нем животные подвластны пастуху. Опытные пастухи, изменяя свое местоположение, регулируют скорость и направление движения пасущегося стада. Уравновешенное обхождение с животными влияет на стадо успокаивающе. У овец, например, повышается доверие к чабану в такой мере, что они уверенно и спокойно следуют за ним в незнакомых и опасных местах, призывают его при ягнении.

Управление стадом предполагает умелое использование ранговых взаимоотношений между животными. В малых стадах устанавливается так называемая линейная иерархия, которая выражается в том, что каждое животное подчиняется вышестоящему и доминирует над нижестоящим по рангу. Однако в группах, состоящих из большого количества животных, линейная иерархия в такой абсолютной форме наблюдается редко. В больших стадах создается треугольная иерархия, когда одно животное доминирует над другим, а оно, в свою очередь, — над третьим, а третье является доминантом по отношению к первому животному (А -э Б, Б -э В, В —> А).

Напряженные взаимоотношения развиваются прежде всего между животными, близкими по рангу. Право на лидерство завоевывается в борьбе. Отмечены случаи, когда в стаде крупного рогатого скота 2—3 высокоранговых животных нападали друг на друга, нанося удары рогами.

При введении в стадо новых животных происходит перестройка ранговых взаимоотношений, ведущая к очередным конфликтам в борьбе за лидерство. Поэтому нужно избегать неоправданных переформирований стад, введения в них новых животных.

Рациональная пастьба предполагает строгий учет плотности популяции (количество животных на определенном участке пастбищной территории). Увеличение плотности популяции — причина беспокойства животных, снижения их продуктивности. Учащаются случаи конфликтов между животными. Животные низшего ранга постоянно находятся в угнетенном состоянии. Опасность конфликтных ситуаций из-за увеличения плотности популяции особенно возрастает при концентрации животных во время водопоя, на пути к местам кормления, доения и т. д. Поэтому пастухи не должны допускать скученности животных на том или ином участке. Регулирование внутрипопуляционных взаимоотношений между животными при управлении стадом имеет важное значение в профилактике стрессов, ушибов.

Не менее важная задача при пастьбе — достаточное и своевременное обеспечение животных кормами. Рациональное кормление — залог успеха чабанского дела. Опытные пастухи знают, где раньше зацветают травы, выгорают ли они жарким летом, какие растения положительно влияют на нагул, плотность жира, качество мяса, молока, что при организации пастбищного кормления очень важно.

Необходимо выработать и рациональные режимы кормления, Жестко регламентируя время пастьбы. Так, многие оленеводы периодически, через определенный интервал прекращают пастьбу и укладывают оленей на отдых, что способствует лучшему их нагулу.

Во время отдыха двигательная активность животных ограничена. Они принимают своеобразную позу, тело их расслаблено, глаза обычно закрыты. В этот период у жвачных активизируется процесс пережевывания пищи (при движении животного он ослабляется и даже подавляется). Своевременное предоставление отдыха способствует улучшению пищеварения, повышению продуктивности животных, предупреждению их заболеваемости.

Домашние животные часто при пастьбе сбиваются в плотные стада, что не позволяет им получать достаточно корма. Для предотвращения этого надо удлинить маршрут и увеличить скорость движения стада.

Рациональное кормление должно сочетаться со своевременным поением животных. Это способствует повышению продуктивности животных.

Часто стада формируют из животных различных видов: крупного рогатого скота, овец и др. Такой прием не только позволяет более полно и рационально использовать травостой, но и способствует снижению нежелательного преобразования видового состава растительности и деградации пастбищ. Известно, что некоторые травы отличаются высокой устойчивостью к выпасу определенного вида животных. Например, крестовник Якова — ядовитое растение, разрастающееся местами на пастбищах, где пасут крупный рогатый скот, — постепенно исчезает при выпасе овец. При интенсивной пастьбе крупного рогатого скота и лошадей на пастбище уничтожается тырса, лошадей — щучка дернистая, свиней — щавель альпийский и др.

В некоторых случаях успеха в борьбе с нежелательными растениями достигают путем попеременного использования пастбищных угодий то для сенокошения, то для пастьбы. Это способствует не только улучшению ботанического состава трав, но и повышению биологической продуктивности угодий.

Иногда, наоборот, на лугах, применяемых под сенокосы, разрастаются борщевик сибирский, прорезник промежуточный, герань луговая, щавель конский, дягиль и другие малоценные и сорные растения. Временное использование таких сенокосов под пастбища улучшает видовой состав травостоя и повышает его урожайность.

Загонная пастьба. Наряду с вольным выпасом применяют загонную систему пастьбы. Ее считают более эффективной и практикуют в основном при интенсивной эксплуатации высокопродуктивных культурных пастбищ.

Регулируемое использование пастбищ позволяет увеличить потребление животными корма и, следовательно, достичь более высоких приростов массы и надоев. О большой экономической эффективности регулируемой загонной пастьбы свидетельствует опыт многих передовых хозяйств. Загонная система выпаса позволяет более эффективно использовать растительные ресурсы, с одной стороны, и более глубоко осуществлять систему мероприятий по уходу за пастбищами — с другой.

Загонная система пастьбы, разработанная Фольке, предусматривает последовательный выпас скота в восьми загонах, на которые разделяют пастбищную территорию. Эту систему в различных модификациях применяют во многих странах мира и в России.

Внедрение загонной пастьбы позволяет с высокой точностью регулировать нагрузку (число голов или массу животных на единицу площади пастбища в год), плотность пастьбы (число голов, одновременно приходящихся на 1 га) и сроки стравливания растительности.

Во многих хозяйствах лесной зоны суходольные культурные пастбища площадью 100—120 га, предназначенные для выпаса 200 коров, разделяют на загоны по 8—15 га. Для каждого стада делают 8— 12 загонов с таким расчетом, чтобы максимальное пребывание животных в них не превышало 5—6 дней.

В некоторых хозяйствах стран Балтии используют мелкозагон-Ную систему пастьбы, когда пастбище разделяют на 25—30 загонов, 'вкаждом из которых скот пасут 1—1,5 дня. Перерыв между очередными стравливаниями составляет 25—28 дней.

Применяя электроизгороди, можно организовать так называемый порционный выпас. При такой пастьбе выделяют участок (порцию), площадь которого рассчитывают, исходя из однодневной, 0,5-дневной или 2—3-часовой потребности стада в корме и фактической урожайности травостоя. При порционной пастьбе участок пастбища представляет собой полосу шириной 1—3 м, длиной 100—150 м. При этом животные, находясь на ранее стравленной полосе, почти не затаптывая и не загрязняя травостой на вновь выделенном участке пастбища, поедают его подобно тому, как это происходит при кормлении их из кормушки. Таким образом, при загонной пастьбе животные регулярно получают свежий зеленый корм.

Загонная система пастьбы способствует под держанию устойчивой продуктивности пастбищ. В промежутках между очередными стравливаниями растения восстанавливают надземную зеленую массу, в их корнях и листьях возобновляется накопление пластических веществ и энергетического материала.

Загонная пастьба — эффективный метод профилактики многих паразитарных болезней животных (диктиокаулез овец и телят, аскаридоз свиней, параскаридоз лошадей и др.). Яйца и личинки болезнетворных червей, выделенные животными с фекалиями, приобретают способность вызывать заболевание через 8—ю сут после их биологического развития во внешней среде. Смена пастбищ через 5—6 дней предохраняет животных от заражения.

Таким образом, регулируемая пастьба — эффективный метод пастбищного кормления животных, повышения их продуктивности, воспроизводительной способности и охраны от ряда болезней.

3.5.6. УЛУЧШЕНИЕ И ВОССТАНОВЛЕНИЕ ДЕГРАДИРОВАННЫХ ПАСТБИЩ

На низкопродуктивных и тем более деградированных пастбищах осуществляют коренное или поверхностное улучшение. Пастбища, заросшие кустарниками, покрытые скотобойными кочками, изрытые рвами и канавами, заболоченные или, наоборот, пе-реосушенные, подвергают коренному улучшению. При окультуривании деградированного пастбища удаляют мелколесье и кустарники, раскорчевывают пни, засыпают грунтом ямы, рвы, канавы, срезают скотобойные кочки. Заболоченные пастбища осушают, недостаточно увлажненные — увлажняют. Почвы подвергают агротехнической обработке, формируют высокопродуктивный травяной фитоценоз.

Поверхностное улучшение чаще проводят на лугах с оптимальными условиями увлажнения почв. Луговые травы сохраняются, но их урожайность и кормовые качества повышаются. Луг очищают от посторонних предметов, уничтожают сорняки, ядовитые травы. На местах с изреженным травостоем подсевают травы. Если преобладают ценные виды злаковых трав (кострец безостый, лисохвост луговой , овсяница луговая, тимофеевка луговая, ежа сборная и др.), то продуктивность пастбищ можно значительно повысить внесением минеральных удобрений.

Благодаря поверхностному улучшению созданы высокопродуктивные луга в поймах рек Оки, Камы, Волги и др. Так, в одном из хозяйств Муромского района Владимирской области, где на пойменных лугах были скошены сорняки, устроены загоны для пастьбы животных, организованы полив и подкормка растений минеральными удобрениями, продуктивность пастбища возросла более чем в 3 раза. Урожайность зеленой массы увеличилась с 10 до 32,5 т/га, а сорняки исчезли.

В травостое культурных травяных биогеоценозов преобладание разнотравья нежелательно, так как урожайность его низкая, что отрицательно сказывается на продуктивности пастбища. Следует иметь в виду, что кормовая ценность травостоя повышается, если в нем 5—10 % одуванчика лекарственного, тысячелистника обыкновенного, зверобоя и других растений. Многие из них содержат значительное количество биологически активных веществ, макро- и микроэлементов, а некоторые растения обладают лечебным действием.

В повышении продуктивности культурных пастбищ важную роль играет рациональное внесение в почву удобрений. При коренном улучшении луговых угодий в Нечерноземной зоне применяют фосфорные и калийные удобрения, которые способствуют хорошему развитию трав в год посева и в первый год пользования. Дозы удобрений зависят от содержания в почвах различных типов луговых биогеоценозов подвижных форм фосфора и калия. На пойменных лугах с деятельными аллювиальными процессами вносят 30 кг/га Р205 и 40—60 кг/га К20; на суходолах и слабо затопляемых поймах — 40—60 кг/га Р205 и 90—120 кг/га К20; на низинных лугах с почвами легкого гранулометрического состава — 60—90 кг/га р205 и 120—150 кг/га К20; на осушенных низинных и переходных болотах — не менее 90 кг/га Р205 и 150—180 кг/га К20.

При создании пастбищ со злаковыми травостоями на лугах с минеральными почвами используют азотные удобрения в дозе 30—60 кг/га. В северных регионах Нечерноземной зоны России азотные удобрения вносят и на вновь осваиваемых осушенных болотах.

В повышении биологической продуктивности пастбищ большое значение имеет использование органических удобрений. В навозе содержатся практически все элементы минерального питания растений. Для повышения биологической продуктивности культурных пастбищ стали широко использовать жидкий навоз животноводческих комплексов. Так, в Мичуринском комплексе по откорму скота (Тамбовская обл.) разработан способ использования жидкого навоза для удобрения орошаемых пастбищ.

В зависимости от количества вносимых органических удобрений прибавка урожайности травостоя составила от 73 до 574 % (Андреев, Ларищенко, Белкин).

Однако навоз может быть загрязнен патогенными микробами и паразитами. Поэтому ветеринарные работники должны строго контролировать процессы обеззараживания навоза перед его внесением в почву.

Известны примеры орошения лугов и пастбищ сточными водами промышленных предприятий. Такое орошение проводят в Московской, Волгоградской, Калининградской и других областях России. В связи с этим возникает необходимость осуществления строгого ветеринарного надзора за процессом обеззараживания стоков, освобождения их от ядовитых химических веществ. Это имеет важное значение в профилактике отравлений сельскохозяйственных животных.

Уход за пастбищем заключается в предохранении растительности от излишнего выедания и вытаптывания животными, охране Почв от деградации (эрозии, закочкаривания, засоления), уничтожении сорных растений и т. д.

Уничтожение сорных и ядовитых растений проводят методом Механического удаления (выдергивание из земли, подкашивание) И химической прополки (применение гербицидов). Гербициды Могут оказывать вредное влияние на животных (и человека), поэтому разрабатывают биологические способы борьбы с сорняками. Некоторые из них довольно эффективны. Вытеснению многих сорных и ядовитых растений из фитоценоза способствует формирование сомкнутого травостоя многолетних трав с образованием дернины. Освобождение травяных биогеоценозов от ядовитых растений — эффективный метод профилактики кормовых отравлений животных.

3.5.7. УЛУЧШЕНИЕ ЛЕСНЫХ ПАСТБИЩНЫХ УГОДИЙ

Во многих хозяйствах для выпаса животных используют леса. Урожайность травостоя лесных пастбищ обычно невысока (не превышает 2 т зеленой массы с 1 га). Не получая достаточного количества корма, животные часто начинают поедать зеленую древесную поросль, нанося ущерб лесному биогеоценозу. Лесная травянистая растительность в кормовом отношении большой ценности не представляет. Обычным компонентом фитоценоза леса могут быть ядовитые растения, например ландыш, вороний глаз. Поэтому улучшение лесных пастбищных угодий приобретает особое значение. Их превращают в лугопарковые пастбища.

Для улучшения качества травостоя и повышения урожайности лесных пастбищ рекомендуют убирать валежник, вырубать кустарник (орешник, крушину, иву и др.), удалять гнилые, поврежденные деревья. Осветление лесных пастбищ способствует благоприятному изменению видового состава травостоя: вместо тенелюбивого разнотравья появляются более ценные в кормовом отношении бобовые и злаковые травы. Урожайность лесных пастбищ повышается. Так, в хозяйстве бывшей Ленинградской областной сельскохозяйственной опытной станции осветление лесокустарникового пастбища на 70 % способствовало повышению урожайности трав в 4,5 раза. Устройство лугопаркового пастбища в одном из хозяйств Московской области привело к улучшению кормовых качеств травостоя и увеличению его урожайности в 2—3 раза.

Для поддержания высокой продуктивности лугопарковых пастбищ не допускают выпаса животных до полного просыхания почвы и лесной подстилки. Несъедобные, особенно ядовитые травы подкашивают. Осенью, после листопада, сгребают опавшие листья, так как это предотвратит изреживание травостоя и задержку отрастания трав весной.

3.5.8. АГРОСТЕПЬ — НЕТРАДИЦИОННЫЙ МЕТОД ВОССТАНОВЛЕНИЯ ДЕГРАДИРОВАННЫХ СТЕПНЫХ ПАСТБИЩ

Классическим примером конструирования травяного биогеоценоза, функционирующего по типу природного, является агростепь по Д. С. Дзыбову. Агростепь — это искусственней травяной биогеоценоз, созданный с целью рекультивации сильно нарушенной степи. Она представляет собой экологически обоснованный метод восстановления степного травостоя при помощи посева смеси семян травянистых растений (Миркин и др.). Местом сбора семян, предназначенных для посева, служат участки сохранившейся природной (эталонной) степи (луга). Сроки сбора семян в разных географических зонах и даже на склонах различных экспозиций одного региона неодинаковы. Например, на Северном Кавказе семена степной флоры собирают по мере их созревания несколько раз (в три-четыре этапа). Основную заготовку осуществляют в период созревания семян растений-доминантов (злаков).

После вспашки и обработки полевого участка дисковыми орудиями на поверхность почвы рассеивают смесь семян степных растений либо в чистом виде, либо в форме листостебельной массы (сена). Высеянную семенную массу или сено прикатывают, чтобы их не сдул ветер.

Сроки посева семян степных растений зависят от природно-климатических условий региона. Так, в зоне Ставрополья посев семян проводят или под зиму (конец августа — начало сентября), или ранней весной (в февральские «окна»).

Пустыри, эродированные пастбища, другие бросовые земли, на которых конструируют агростепь, обычно сильно засорены. Поэтому возникает острая необходимость проводить строгий экологический контроль за сорными растениями. Непомерное разрастание сорняков сдерживается подкашиванием молодых растений агростепи косилкой. Подкашивание проводят в первый год после посева (2—3 раза с интервалом 20—30 дней). При подкашивании агростепной растительности угнетаются главным образом быстро растущие сорные растения. Для степных трав, растущих медленнее, наоборот, создаются более благоприятные условия: улучшается освещенность молодых всходов, почва обогащается органикой и т. д.

Агростепь — это агробиогеоценоз с многовидовым составом 'Степной (луговой) растительности. Так, на учетной площадке агро-■степи, созданной в Шпаковском районе Ставропольского края, Произрастает 60 видов трав (Дзыбов). Степная растительность содержит много злаков: типчаки (2 вида), ковыли (2 вида), келерию стройную, кострец береговой, тимофеевку степную и др. Среди бомбовых — несколько видов клеверов (горный, сходный, средний и (Др.), люцерна румынская и хмелевидная, эспарцет донской, лядвенец кавказский, язвенник многолистный, вязель пестрый и т. д. Многочисленны виды разнотравья: дубовник обыкновенный, чабрец Маршалла, синяк красный, истод кавказский, лабазник обыкновенный, лен жильчатый, пион узколистный, кокушник комар-ТШковый, другие виды растений, придающих агростепи признаки Природной целинной степи. Агростепная растительность подобна степной — она покрывает 90—100 % поверхности почвы. В агростепи сформировался степной биоценоз. Наряду с автотрофными организмами появились гетеротрофы: дикие пчелы, шмели, дождевые черви, пресмыкающиеся, грызуны и т. д. Агростепь пока имеется на 1000 га эродированных земель Ставропольского края. Она апробирована в Краснодарском крае, Волгоградской области, Калмыкии и ряде других регионов.

Агростепь — это саморегулирующая устойчивая экосистема (агробиогеоценоз). Конструирование биогеоценозов подобного рода имеет важное эколого-экономическое значение. Агростепь превратила деградированные бесплодные бросовые земли в высокопродуктивные пастбища во многих хозяйствах Ставрополья, Калмыкии, Краснодарского края.

3.5.9. ЭКОЛОГИЧЕСКАЯ РЕГУЛЯЦИЯ И ОПТИМИЗАЦИЯ ПАСТБИЩНЫХ БИОГЕОЦЕНОЗОВ

Комплекс эколого-аграрных технологических мероприятий необходимо свести в систему, регулирующую и оптимизирующую пастбищный биогеоценоз как единое целое и создающую благоприятные условия для кормления и содержания животных. Оптимизация процессов, протекающих в пастбищном биогеоценозе, способствует предупреждению болезней животных.

Например, в некоторых хозяйствах Поволжья стационарно регистрировали фасциолез крупного рогатого скота. Возникновение вспышек болезни связывали с выпасом животных на заболоченных пастбищах, где обитали пресноводные моллюски — промежуточные хозяева фасциол. В результате очень интенсивного выпаса в пастбищных биогеоценозах оптимальные взаимоотношения между травами и пасущимися животными были нарушены, так как биологическая продуктивность травостоя резко снизилась. Наличие в биогеоценозах промежуточных и дефинитивных хозяев (прудовиков и домашних животных) создало благоприятные условия для биологического развития и циркуляции в среде фасциол — возбудителей болезни. Фасциолезная инвазия, с одной стороны, и уменьшение урожайности пастбищ — с другой, стали причиной снижения упитанности и воспроизводительной способности животных, нарушения обмена веществ, поражения печени.

После коренного улучшения пастбищ и организации регулируемой пастьбы (осушение, уничтожение скотобойных кочек, посев кормовых трав, разбивка пастбищной территории на загоны и др.) биогеоценозы освободились от моллюсков, улучшился видовой состав растительности и увеличилась урожайность травостоя. Загонная система пастьбы не только препятствовала деградации пастбищ, но и способствовала улучшению эпизоотической ситуации. Биоценотические связи между популяциями крупного рогатого скота и другими компонентами пастбищных сообществ приобрели позитивный характер. Сложилась экологическая обстановка, при которой не только улучшилось пастбищное кормление животных, но и создались условия искоренения фасциолеза без применения химических методов уничтожения паразитов.

При интенсификации пастбищного животноводства экологическая регуляция приобретает новое качество. Ее целью становятся преодоление стихийно сложившихся в биогеоценозах природных взаимоотношений и поиск новых форм и условий баланса, обеспечивающих высокую продуктивность животноводства и улучшение качества продукции.

Контрольные вопросы и задания

1. Какова классификация пастбищ? 2. Каковы особенности структуры и функции пастбищных БГЦ? 3. Охарактеризуйте экотоп и биоценоз пастбищного БГЦ.

4. Дайте характеристику пастбищной растительности. 5. Как готовят пастбище к эксплуатации, а животных к выпасу? 6. Чем отличается вольный выпас животных от загонной пастьбы? 7. Как влияет стадо животных на пастбище? 8. С какой целью проводят дополнительную подкормку животных в период их выпаса на пастбище? 9. В чем заключаются экологическая регуляция и оптимизация пастбищных БГЦ?

3.6. ФЕРМЕННЫЙ БИОГЕОЦЕНОЗ

Термин «ферменный биогеоценоз» в науку введен в 1978 г. Н. А. Уразаевым и за относительно короткий промежуток времени утвердился в ветеринарной, зооинженерной и экологической литературе. Он широко использован при изложении экологических проблем воспроизводства высокопродуктивного крупного рогатого скота, экологической физиологии и патологии свиней, кормовых отравлениях, возникающих у животных в период стойлового содержания (Ахмадеев, Локтионов).

Ферменный биогеоценоз — это природно-техническая система, состоящая из сельскохозяйственных (домашних) животных и среды их обитания в форме скотного двора, животноводческой фермы или промышленного комплекса (рис. 19).

Способы стойлового содержания животных развивались и совершенствовались по пути увеличения масштабов производства продуктов животноводства (мяса, молока и т. д.). Интенсификация животноводства сопровождалась усложнением структуры и функций ферменных биогеоценозов.

Скотный двор представляет собой относительно простую природно-техническую систему, состоящую из собственно двора, одной-двух загородок, хлева. В нем обычно содержатся корова (реже — две, три), овцы, свиньи, куры. Животноводческие фермы более специализированы и более сложны. В них содержат лошадей (конюшня) или крупный рогатый скот (молочно-товарная ферма— МТФ, откормочник), или свиней (свинарник), или птицу Того или иного вида (курятник, индюшатник и т. д.). Фермы имеют более сложную специализацию и структуру, чем скотные дворы.

Рис. 19. Поток энергии в ферменном биогеоценозе:/— фито-и зоомасса, доставляемая человеком в ферменные БГЦ для кормления животных; II— первичные консументы — сельскохозяйственные животные; III— вторичные консумен-ты — паразиты и микроорганизмы; IV— экскременты животных (навоз), удаляемые человеком из животноводческих ферм (комплексов) в другие БГЦ для утилизации (сравните срис.17)

Так, на МТФ имеютря отделение (цех) для содержания коров (собственно коровник), профилакторий для новорожденных животных, телятник для телят старшего возраста. Кроме того, на МТФ расположены места для доения коров, их искусственного осеменения, родов (родильное отделение), карда (баз) для прогулок животных на свежем воздухе и т. д.

Еще более сложная структура специализированных ферм промышленного типа, животноводческих комплексов, птицефабрик. В них широко применяют механизацию и автоматизацию производственных процессов. Промышленное производство продуктов животноводства специализировано еще больше. Так, например, один тип комплексов крупного рогатого скота предназначается для производства молока, другой — для откорма животных на мясо и т. д Влияние ферменных биогеоценозов на окружающую среду усиливалось по мере возрастания интенсификации животноводства Скотный двор, животноводческая ферма — это экологический фактор, воздействующий на природу в разных направлениях. Однс из них, возможно, самое существенное, — влияние на среду экскрементов животных (навоза). Большое количество навоза может загрязнять среду. Охрана природы от загрязнения отходами промышленных животноводческих комплексов — одна из острейших современных экологических проблем сельского хозяйства.

Находясь в помещении, сельскохозяйственные животньн «привязаны» к своему месту обитания, они лишены свободного передвижения из одного биогеоценоза в другой. Режим их поведения и образ жизни во многом определяет человек. Ряд технологий стойлового содержания предусматривает сооружение устройств, предназначенных для ограничения движений животных или их фиксации (стойла для лошадей, клетки для телят, пушных зверей, птиц, специальные станки для искусственного осеменения самок и т. д.). Малоподвижность негативно сказывается на жизнедеятельности животных. У них снижается тонус организма, нарушается деятельность органов и систем, поражается опорно-двигательный аппарат (кости, суставы, сухожилия конечностей).

При стойловом содержании животные ограждаются от неблагоприятных влияний погодно-климатических факторов — холодных дождей, снегопадов, сильных ветров, жгучих лучей солнца и т. д. Человек охраняет их от нападения хищников (волков и др.). Устройство в аграрных ландшафтах животноводческих комплексов и птицефабрик рассматривается как проявление одной из форм урбанизации — приобретения сельской местностью внешних и социальных черт города.

Считают, что идея о необходимости создания для одомашненных животных специальных местообитаний (скотных дворов, птичников и т. д.) была позаимствована у самой природы. В лесах, лугах и других природных комплексах дикие животные строят местообитания («жилища»). К ним можно отнести птичьи гнезда, бобровые «дома», плотины и т. д.

Природные аналоги ферменных биогеоценозов — пещеры с населяющими их организмами. Возникновение и развитие животноводства в известной мере связано с использованием древними предками пещер не только для жилья, но и для содержания в них прирученных и одомашненных животных. Скотные дворы, животноводческие фермы и комплексы, как и пещеры, относят к неполночленным биогеоценозам, так как в них отсутствует экологическая группа организмов, создающих органическое вещество (продуцентов). В животноводческих помещениях очень мало организмов, разрушающих органическое вещество растительного и животного происхождения (редуцентов). Из-за отсутствия продуцентов (главным образом растений, потребляющих диоксид углерода выдыхаемого воздуха) и недостаточности редуцентов (грибов и микробов, минерализующих экскременты) в животноводческих помещениях очень быстро могут изменяться условия обитания животных из-за загрязнения среды фекалиями и мочой, продуктами их разложения.

Доминантами-эдификаторами ферменных биогеоценозов являются домашние (сельскохозяйственные) животные. Роль неживых компонентов БГЦ выполняют созданные человеком разнообразные устройства: полы, стены и потолки животноводческих помещений, кормораздатчики и автопоилки, искусственные источники света, приспособления для искусственного осеменения самок и др. Полы — это суррогаты—заменители почв наземных БГЦ. Стены и потолки можно рассматривать в качестве аналогов природных образований, используемых животными как укрытия в период сна и отдыха, во время плохой погоды (жары или холода, сильного ветра и т. д.). Водопойные корыта и автопоилки — аналоги природных водопоев (рек и речек, болот и озер, других водоемов). Фонари, электрические лампы, другие светильники — суррогаты-заменители солнечного света. Скотным дворам, животноводческим фермам и комплексам присуще своеобразие экологической обстановки, создавшейся в результате антропогенного преобразования живых и неживых компонентов природных биогеоценозов.

Скотный двор, животноводческая ферма или комплекс представляют собой более или менее сложные системы взаимосвязанных производственных сооружений, обеспечивающих жизнедеятельность и продуктивность сельскохозяйственных животных и птиц при той или иной технологии их содержания.

Для строительства животноводческих помещений используют и дерево, и кирпич, и железо, и цемент, и другие разнообразные материалы. Так, для возведения стен, настила пола, сооружения других компонентов современного промышленного комплекса кроме перечисленных материалов применяют перлитовый песок, перлито-бетон, битумоперлит, керамзит, керамзитобетон, теплоизоляционную вату, рубероид и т. д. Материалы для строительства животноводческих помещений неиндифферентны для животных. Обладая присущими им физическими и химическими свойствами, они прямо или косвенно влияют на животных, их жизнедеятельность, продуктивность и воспроизводительную способность, устойчивость или, наоборот, восприимчивость к заболеваниям.

На состояние организма животных и их поведение сильное воздействие оказывают само помещение, его конструктивные особенности и микроклимат. Нетрудно заметить неодинаковое поведение кур, выращиваемых в птичниках разных конструкций. В птичниках с напольным содержанием у кур хорошо выражена двигательная активность. В птичниках с клеточным содержанием куры ведут малоподвижный образ жизни.

Полагают, что из всех конструктивных элементов здания наибольшее экологическое значение имеют полы. При современных технологиях содержания, когда стадо постоянно находится в помещении, степень влияния полов на животных резко возросла. Пол как фактор биогеоценоза в первую очередь влияет на конечности стоящих животных.

В промышленных животноводческих комплексах широко распространены решетчатые полы из дерева, шлакобетона, металла или другого материала. При использовании решетчатых полов легче очищать животноводческие помещения от навоза."Но они неэкологичны, не отвечают потребностям организма животных. Так, у крупного рогатого скота, содержащегося в промышленных комплексах со щелевыми полами, возникают болезни конечностей. В связи с переводом животноводства на промышленную основу проблема болезней конечностей у крупного рогатого скота резко обострилась во многих странах мира.

На состояние животных, их продуктивность, воспроизводительную способность, устойчивость к заболеваниям также влияют стены, потолки и другие конструктивные компоненты ферменных биогеоценозов. Стены, потолки и крыша предназначены для утепления зданий, для поддержания в них необходимого режима температуры и влажности. Ограждающие конструкции должны обладать высокими теплоизоляционными свойствами, хорошей паро- и воздухопроницаемостью.

Жизнедеятельность и продуктивность животных во многом определяются особенностями микроклимата в животноводческих помещениях. На состояние животных влияют освещение, температура, влажность воздуха в помещении и другие микроклиматические факторы биогеоценоза.

Солнечный свет внутрь животноводческих помещений может проникать лишь через окна, отчасти через открытые двери. Поэтому в конюшнях, коровниках, свинарниках, кошарах солнечной радиации всегда меньше, чем снаружи. О неблагоприятном влиянии световой недостаточности на животных известно давно, поэтому в животноводческих помещениях часто устанавливают источники искусственного света: лампы накаливания, кварцевые лампы и т. д. В животноводческих помещениях изменены другие параметры микроклимата. Причин этому много. Одна из них, по-видимому, самая существенная, — выделение в среду продуктов метаболизма животных. Установлено, что корова массой 600 кг при надое 30 кг выделяет в сутки 4860 л СЮ2. При повышении в воздухе концентрации диоксида углерода у животных изменяются функции аппаратов внешнего и тканевого дыхания. При длительном вдыхании воздуха, содержащего свыше 1 % С02, у животных появляются признаки хронического отравления.

При разложении продуктов выделения животных (мочи, фекалий и других веществ, содержащих азот) образуется аммиак. Особенно много его в коровниках и телятниках при плохой работе канализации и вентиляции. При загрязнении среды аммиаком у животных поражаются органы дыхания.

При гниении белковых веществ, в состав которых входит сера, образуется сероводород. Этот газ выделяется из кишечника при дефекации. Сероводород — яд, оказывающий местное раздражающее й общетоксическое действие.

В животноводческих помещениях кроме вредных газов накапливается влага в результате выделения воды с мочой и фекалиями, водяных паров из дыхательных путей и с поверхности тела животных. Корова живой массой 400 кг выделяет 8,7—13,4 кг водяных паров в сутки. Повышение влажности воздуха приводит к изменению обмена веществ в организме. У животных отмечаются сдвиги в терморегуляции. Повышенная влажность воздуха усугубляет вредное действие на организм слишком низких или, наоборот, слишком высоких температур.

Технологии содержания сельскохозяйственных животных в животноводческих комплексах промышленного типа, птиц на птицефабриках сопряжены с использованием электрической энергии, разнообразных машин, механизмов, аппаратов и т. д. Функционирование машин и механизмов сопровождается возникновением производственных шумов и вибраций.

Шум — это раздражитель. Неблагоприятное влияние интенсивных шумов и вибраций на организм человека доказано многими медицинскими исследованиями. В зооветеринарной практике подобных исследований мало. Лишь в самое последнее время появились работы, свидетельствующие о вредном влиянии производственных шумов на организм сельскохозяйственных животных. Повышение технической оснащенности сельского хозяйства привело к значительному усилению звукового фона на фермах. Если в недалеком прошлом интенсивность звукового фона в хозяйствах составляла 60—80 дБ, то в настоящее время она часто повышается до 70—95 дБ и более. Усиление звукового фона происходит за счет функционирования подвесных дорог, скребков, кормораздатчиков, доильных агрегатов и т. д. Сильные звуки становятся патогенными раздражителями и приводят к различным нарушениям в организме животных.

Эксперименты, проведенные на коровах, показали, что звук в 65 дБ приводит к повышению температуры тела, изменению физико-химических свойств кожи и т. д. Надои молока снижаются. Это дало основания считать, что ненормальный звуковой фон — сильный патогенный раздражитель, оказывающий неблагоприятное влияние на функциональное состояние и продуктивность животных. Под влиянием звуковых воздействий у цыплят уменьшается живая масса, увеличиваются затраты кормов на единицу получаемой продукции (мяса и т. д.).

Внимание ветеринарной науки и практики привлекло заболевание птиц, называемое шумовой истерией. Это явление обычно наблюдают в крупных хозяйствах промышленного типа. Чаще поражаются куры породы леггорн в период интенсивной яйцекладки. В ответ на сильный шум птица начинает беспокоиться, махать крыльями, а затем через некоторое время успокаивается. Приступы истерии могут повторяться несколько раз в день. В результате куры травмируют друг друга, теряют оперение, у них резко падает яйценоскость.

На многих животноводческих комплексах возрос уровень электромагнитных полей (ЭМГТ). Для магнитного поля организм «прозрачен». Оно действует сразу на все уровни организации, начиная с организменного и кончая клеточным и молекулярным. ЭМП вызывают тератогенные и мутагенные эффекты, неблагоприятно влияющие на потомство. Под воздействием ЭМП высокой интенсивности снижается продуктивность животных, возникает опасность их заболевания и гибели.

В искусственной среде ферменного биогеоценоза формируется биоценоз, отличный от коренного, природного. Основной компонент биоценоза — популяция сельскохозяйственных млекопитающих и птиц. Как доминанты-эдификаторы сельскохозяйственные животные во многом определяют микроклимат (зооклимат) в животноводческом помещении и, таким образом, косвенно влияют на формирование и развитие ферменного биоценоза. Растительный мир биоценоза составляют главным образом разные виды микрофлоры, иногда болезнетворной (патогенной) для животных («хлев-ная микрофлора»). Фауна сообщества может быть представлена разными видами животных. Некоторые из них являются возбудителями (например, патогенные гельминты) и переносчиками заразных болезней сельскохозяйственных животных (например, голуби, мыши, крысы).

В ферменных биогеоценозах пищевые цепи вовлечены в сферу деятельности человека. Человек проводит посев растений, предназначенных для создания кормовой базы хозяйства, осуществляет уборку урожая, заготовку и хранение кормов, их консервирование и переработку. Раньше большое внимание уделяли заготовке сена. В настоящее время широко распространено силосование кормов. Во многих случаях заготавливают сенаж и травяную муку. Важное значение имеет составление кормовых рационов, обеспечивающих быстрый рост и развитие животных, их высокую продуктивность и воспроизводительную способность.

Животные большинства видов подпадают «под опеку» человека сразу же после рождения. Так, новорожденные телята получают молозиво и молоко не естественным путем — сосанием сосков вымени матери, а кормятся из рук человека, потребляя пищу из ведерка или из специальных поилок. Кормление телят из сосковых поилок экологичнее, чем из ведра. Искусственный сосок, изготовленный из резины, в известной мере напоминает материнский, и прием молозива и молока из поилки приближается к естественному акту сосания вымени. Из сосковой поилки молозиво и молоко поступают в рот новорожденного небольшими порциями, хорошо перемешиваются со слюной, что важно для нормального пищеварения. Предложено много моделей сосковых поилок. Лучшей считают модель, представленную на рисунке 20, но, разумеется, и она для новорожденного является суррогатом вымени матери.

В изменении пищевых цепей человек проявил удивительную изобретательность. Многие пищевые продукты он вводит живот-

Рис. 20. Кормление телят молозивом (молоком) из сосковой поилки (по Н. М. Носкову)

ным непосредственно в желудок (с помощью специального зонда), под кожу или в мышцу (например, концентраты витаминов) и даже в кровяное русло (раствор глюкозы). Необычные методы питания применяют главным образом в ветеринарной практике при лечении больных животных.

При стойловом содержании животные не имеют свободного выбора корма, как это происходит в дикой природе; они едят то, что им скармливает человек. Многовековой опыт показал, что прогрессивные методы кормопроизводства, технологии хранения, консервирования, переработки кормов и их рационального скармливания способствовали увеличению поголовья животных, повышению их продуктивности и воспроизводительной способности. Однако упущения и ошибки в этом сложном процессе могут иметь негативные последствия — служить причиной снижения качества кормов и возникновения у животных болезней.

Несоблюдение правил силосования и, в частности, выбора видового состава растений и определенной фазы их зрелости при скашивании, затяжка процесса закладки силосуемой массы в газо- и водонепроницаемые хранилища могут стать причиной снижения качества кормов и их порчи. При несоблюдении технологии приготовления сенажа в нем теряются питательные вещества и витамины. Если после вскрытия силосных и сенажных хранилищ не принимаются меры защиты силоса и сенажа от действия света и ветра, кормовая масса теряет значительное количество сырого протеина, сахара и особенно каротина и витамина Е.

Известны случаи порчи кормов при неправильном дрожжевании, запаривании и т. д. Отмечены токсикозы свиней при кормлении их запаренной свеклой, которая при длительном остывании становится ядовитой из-за накопления в ней нитратов. Алиментарные болезни возникают при неумелом кормлении животных. Несбалансированность рационов по энергии, переваримому протеину, макро- и микроэлементам, витаминам может стать причиной нарушения обмена веществ. Перекорм способствует развитию ожирения, недокорм — истощения. При недостатке в рационах кальция, фосфора, меди, йода, кобальта или марганца возникают кальциевая, фосфорная, медная, йодная, кобальтовая или марганцевая недостаточность. Дефицит витаминов в рационе — причина гипо-витаминозов.

Образ жизни животных, обитающих в помещениях, отличается от такового при пастбищном содержании. Интенсификация животноводства сопровождается концентрацией животных на ограниченных площадях животноводческих комплексов и специализированных ферм промышленного типа. В условиях промышленного животноводства животным отведена пассивная роль. Активную роль играет человек. Животноводческая деятельность немыслима без известных ограничений свободы действий животных, без определенного насилия над ними. Антропогенные воздействия на животных изменяют их поведение, физиологические отправления, реакции на факторы окружающей среды.

Животноводческий комплекс — это определенное количество разных помещений (цехов и т. д.), оборудованных стойлами, клетками. Из-за всевозможных преград, мешающих свободному передвижению, у животных возникает раздражение, отрицательно влияющее на аппетит, пищеварение, продуктивность.

Интенсификация животноводства сопровождается концентрацией большого числа животных на относительно ограниченных площадях животноводческих комплексов (специализированных ферм промышленного типа, птицефабрик). В них для животных отводится логово относительно небольшой площади. Уплотнение популяции в комплексе рассчитано на экономию материалов и денежных средств при строительстве животноводческих помещений. Но такая «экономия» часто имеет отрицательные экологические последствия. Пространство становится лимитирующим экологическим фактором. Между особями, составляющими популяцию, развертывается борьба за жизненно важное пространство. Внутрипопуляционные конкурентные отношения, связанные с борьбой за обладание пространственными ресурсами, сопровождаются напряжением организма (стрессом), снижением упитанности, продуктивности и воспроизводительной способности животных.

Увеличение плотности популяций способствует обострению Иерархических взаимоотношений между животными, учащению Конфликтов между ними. Конфликтные ситуации — причина возникновения у животных болезней адаптации. Дистанция между особями в популяциях животных разных видов неодинакова. У крупного рогатого скота она колеблется от 0,5 до 3 м. Относительно небольшая дистанция устанавливается между животными, близкими по социальному рангу. Между животными разного ранга дистанция больше. Чем сильнее агрессор и слабее его конкурент, тем больше расстояние их друг от друга. Иерархические отношения резко обостряются в местах временного, но сильно выраженного увеличения плотности популяций: в узких проходах, у кормушек и т. д. Конфликты у кормушек особенно сильны, когда фронт кормления животных оказывается недостаточным. Подобная ситуация складывается при нехватке места поения животных. У взаимодействующих конкурентов возникает стрессовая реакция, особенно сильно выраженная у животных низкого ранга.

Животные-лидеры доминируют у кормушек. Оттеснив конкурентов, они потребляют лучший корм. Животные низшего ранга вынуждены довольствоваться той частью корма, которая останется от доминантов. Животные низкого иерархического уровня питаются хуже, чем доминанты. Это негативно сказывается на их упитанности, продуктивности, воспроизводительной способности, устойчивости к заболеваниям. У животных высшего ранга упитанность лучше, продуктивность выше. Они устойчивее к болезням. Доминанты не только лучше питаются, но и выбирают самые удобные места для отдыха, лежания и стояния. Животные низшего ранга вынуждены отдыхать в неудобьях, в навозных каналах.

Между рангом животного и продолжительностью его отдыха существует связь. Так, низкоранговые коровы отдыхают значительно меньше, чем коровы-лидеры (иногда на 2—3 ч в сутки). В замкнутом пространстве животноводческого помещения животные низкого ранга постоянно находятся в состоянии возбуждения и тревоги, так как нет возможности уклониться от встреч с доми-нантами-агрессорами. При беспривязном содержании крупного рогатого скота доминирование выражено более сильно, чем при привязном.

Увеличение плотности популяций — причина бесплодия самок коров, свиней, овец и животных других видов. Бесплодие рассматривают как защитную реакцию популяции по предотвращению перенаселенности биотопа. Переуплотнение популяции — одна из причин каннибализма у птиц и свиней. Пожирание себе подобных, как и бесплодие, — адаптивная реакция популяции, направленная на оптимизацию ее плотности и численности.

Стрессовые реакции возникают также при перегруппировках животных. Во вновь созданных группах устанавливаются новые иерархические взаимоотношения. Между животными, составляющими группу, идет борьба за лидерство. Конфликтная ситуация, сложившаяся в результате перестройки популяции, приводит к снижению упитанности и продуктивности животных. 2

Технология скотоводства, овцеводства и свиноводства предусматривает отъем молодняка от матерей. Это нарушает сложившиеся между матерью и приплодом отношения. Разрыв сформировавшихся и достаточно укрепившихся связей вызывает стресс как у приплода, так и у матерей. После отъема поросята приходят в возбуждение, изменяется их поведение, снижаются темпы прироста живой массы.

Умение осуществлять экологически обоснованные регуляцию и оптимизацию процессов, протекающих в ферменных биогеоценозах, необходимо при работе животноводческих ферм, комплексов, птицефабрик по производству мяса, молока, яиц и другой животноводческой продукции.

Оптимизация местообитания животных сопряжена с решением сложных зоогигиенических задач. Установлены показатели микроклимата, которые вошли в нормы технологического проектирования животноводческих ферм для содержания животных разных видов. Они дифференцированы в зависимости от вида, возраста, производственных групп животных, характера эксплуатации и особенностей их содержания. Так, в коровниках при беспривязном содержании скота оптимальной считается температура 3—5 “С, при привязном содержании — 8—12, в родильном отделении — 10, в телятниках — 10—12 °С. Относительная влажность воздуха в коровниках и помещениях для молодняка не должна превышать 80—85 %, в родильном отделении — 70, в телятниках — 75 %. Температура и относительная влажность воздуха в свинарниках для свиноматок первой половины супоросности и хряков-производи-телей составляют соответственно 12 °С и 75 %. Свиноматок второй половины беременности рекомендуют содержать в помещениях с более высокой температурой (16 °С) и низкой влажностью (не выше 70 %). Воздух животноводческих помещений должен быть незагрязненным, содержание аммиака в нем не должно превышать 0,02 мг/л, сероводорода — 0,015 мг/л, диоксида углерода — 0,25 %.

На специализированных фермах, в животноводческих комплексах, на птицефабриках, где животные содержатся круглогодично, к микроклимату животноводческих помещений предъявляют особые требования. Здесь используют специальные автоматизированные устройства по оценке микроклимата, его регуляции и оптимизации. . Применение установок для выработки тепловой или световой энергии, осушения или увлажнения воздуха, очистки его от пыли и мик-< роорганизмов позволяет своевременно и эффективно оптимизировать микроклимат и поддерживать его параметры на заданном уровне в течение необходимого периода времени.

Во многих хозяйствах широко практикуют ультрафиолетовое :Облучение сельскохозяйственных животных. Под его влиянием улучшается санитарно-гигиенический режим помещений. При го-рении ламп ПРК увеличивается уровень ультрафиолетовой радиа- 2 ции, снижается относительная влажность воздуха. Происходят озонирование и ионизация воздуха, в нем снижается количество аммиака и вредных микроорганизмов (бактерицидное действие). В результате условия жизни животных становятся более благоприятными. У животных, подвергнутых ультрафиолетовому облучению, отмечают улучшение общего состояния, повышение продуктивности и воспроизводительной способности (Сметов),

Применение ультрафиолетового облучения не исключает других мероприятий по улучшению светового режима в помещениях (величина и расположение окон, их чистота и т. д.). Обращают внимание на цвет внутренних поверхностей помещений. Побелка стен и потолков способствует улучшению светового режима, так как поверхности белого цвета обладают большей отражающей способностью.

В разработке мер профилактики болезней конечностей при стойловом содержании животных важное значение имеет санитарно-гигиеническая оценка пола. Для изготовления полов берут материалы с повышенными теплоизоляционными свойствами. При хорошей теплоизоляции пола потери тепла телами животных можно свести к минимуму. В телятниках, комплексах для свиней и птиц все шире используют подогреваемые полы. Теплые полы способствуют предупреждению простудных и иных болезней телят, свиней и птиц.

Для теплоизоляции пола большое значение имеет подстилка. В качестве подстилки используют солому, древесную стружку или опилки, торф и другие материалы. Применение подстилки при содержании животных на фермах непромышленного типа оправдано как с экологической, так и с экономической точек зрения.

При устройстве полов, особенно решетчатых, следует предусматривать такую компоновку стойл, кормушек и поилок, которая отвечала бы экологическим требованиям жизнеобеспечения животных при их движении, кормлении и поении.

В животноводческих комплексах при бесподстилочном содержании животных к качеству щелевых полов необходимо предъявлять высокие требования.

Зооветспециалисты-экологи должны участвовать в проектировании новых животноводческих комплексов и контролировать качество строительных работ, обращая особое внимание на изготовление и укладку решетчатых полов. Конструкция щелевых полов должна обеспечивать полное удаление навоза и исключать травмирование конечностей крупного рогатого скота. Пол должен быть прочным, иметь ровную поверхность. Недопустима укладка полов, имеющих на поверхности заусенцы, трещины, наплывы.

Наиболее пригодны для молочных комплексов чугунные решетки с шириной планок 50 мм и просветом между ними 30—40 мм. Предпочтение отдают чугунным решеткам с елочным расположением щелей, поскольку они обеспечивают бол её надежную

опору конечностей. На таких полах копыта коров травмируются в 3—5 раз меньше, чем на решетках с продольным расположением щелей. Пол не должен быть скользким. Ровный пол с небольшим уклоном (1—2°) к навозному каналу обеспечивает хороший сток мочи.

Высота выступа пола над уровнем навозного прохода не должна превышать при привязной системе содержания 5 см, при привязнобоксовой — 15 см. В животноводческих комплексах, где навоз убирают скребковыми транспортерами, навозные желоба укрывают получугунными решетками.

При комплектовании и пополнении стад молочных комплексов большое внимание уделяют подбору животных, пригодных для содержания в условиях промышленной технологии.

Нежелательно ставить в комплекс старых коров, так как они плохо адаптируются к новой обстановке, особенно к щелевым полам. Рекомендуют подбор здоровых нетелей или коров в возрасте 2—4 лет с нормальной постановкой конечностей, с крепкими, неде-формированными копытами.

Немаловажное значение имеет предохранение животных от воздействия сильных шумов. Вокруг животноводческих ферм создают зеленые' Насаждения из кустарников, густолиственных и хвойных деревьев. Кроны деревьев и кустарников обладают высокой звукоизолирующей и звукоотражающей способностью. Зеленые насаждения полезны и между зданиями, так как это не только снижает уровень шума, но и создает на территории ферм свой микроклимат, улучшая качество воздуха. Поступление загрязненного воздуха из одного помещения в другое резко уменьшается, повышается их общее санитарное состояние.

В условиях стойлового содержания большое значение имеет поддержание двигательной активности животных (борьба с гиподинамией). Под влиянием моциона у животных улучшаются аппетит, усвоение питательных веществ корма, активизируются обменные процессы, возрастает нервно-мышечный тонус. У молодняка увеличиваются привесы, у коров — надои и жирность молока, у овец — настриг шерсти, у птиц — яйценоскость. Моцион благотворно влияет на половую активность и качество спермы самцов, оплодотво-ряемость и плодовитость самок. Прогулки беременных животных способствуют предупреждению послеродовых и других заболеваний. Ежедневное принудительное движение коров в течение 60 мин со скоростью 4,2—5,5 км/ч устраняет гиподинамию, способствует Улучшению состояния организма (Демчук).

Поддержание благоприятных «бытовых» условий животных — Важный, но не единственный фактор, определяющий успешное Развитие животноводства. Среди других факторов ведущее место Отводят полноценному кормлению животных. Регуляция и опти-’ Мизация кормления имеют тесную органическую связь с производством кормов, технологией их хранения, переработки, режимом скармливания животным. Создание прочной кормовой базы возможно при координированном решении организационно-хозяйственных, агротехнических, технологических и ветеринарнозоотехнических задач.

Объем производства кормов, как правило, должен опережать рост поголовья сельскохозяйственных животных. Необходимо научно обоснованное балансирование рационов кормления животных по общей энергии, переваримому протеину, легкоперевари-мым углеводам, макро- и микроэлементам, витаминам.

Строго установленный режим кормления определяет устойчивый стереотип функционирования органов пищеварения, благоприятно влияет на обмен веществ, продуктивность, воспроизводительную способность и естественную резистентность животных. Направленное кормление их может стать эффективным лечебно-профилактическим методом при нарушении обмена веществ.

Необходимо способствовать предупреждению стресса у животных. С этой точки зрения большого внимания заслуживает семейно-гнездовой метод выращивания свиней, примененный в Омской области на свинокомплексе-ферме «Омский бекон». Суть метода в том, что каждую супоросную свиноматку помещают в специальный станок для опороса. Здесь вместе с приплодом она находится до отъема, а микропопуляция поросят остается в том же местообитании. Внутрипопуляционные взаимоотношения, сложившиеся в помете поросят, сохраняются во время доращивания и откорма. Стабилизация иерархических отношений между особями в популяции — важный фактор предохранения животных от стресса. Семейно-гнездовой метод воспитания свиней эффективен, т. е. экономически оправдан. Он экологичен, как бы подсмотрен у природы (семейный образ жизни наблюдают у кабанов).

Необходимо регулировать плотность популяции. В ориентировочных нормах площади логова в расчете на одно животное учитывают вид, возраст, породу животных, систему их содержания и т. д. При стойловом содержании дойных и сухостойных коров необходимо учитывать племенные качества животных. Для племенных животных площадь логова несколько больше (2,5—3 м2), чем для неплеменных (1,7—2,2 м2). При беспривязном содержании указанные нормативы недостаточны, поэтому их увеличивают, по крайней мере, до 4—5 м2. Очевидно, что рациональное размещение популяций в животноводческих помещениях — проблема не только зоогигиеническая, но и экологическая.

Не рекомендуют формировать слишком большие по численности группы. В небольших группах животные запоминают друг друга и угроза агрессивного отношения между ними значительно снижена.

Необходимо снизить до минимума перегруппировки животных, связанные с зооветеринарными обработками, формированием стад и других производственных групп. Животных приучают к определенному порядку поведения в помещении во время раздачи корма, доения, раскладывания подстилки и т. д.

Следует вести борьбу с генетическими болезнями животных. Селекционная работа в животноводстве должна проводиться на высоком научном уровне, обеспечивающем выведение таких пород животных, у которых полезно-хозяйственные свойства гармонично сочетаются с крепким здоровьем и невосприимчивостью к заболеваниям.

Регуляция и оптимизация процессов, протекающих в животноводческих фермах (комплексах) как искусственных биогеоценозах, — ведущие факторы профилактики болезней животных, повышения эффективности животноводства.

Наряду с этим необходимо обратить внимание на проблему, связанную с экологической нишей животных, т. е. функцией, которую они выполняют в биогеоценозе. Благодаря этой функции, характеризующейся потреблением и преобразованием травоядными органического вещества растений, поддерживается нормальное состояние природных биогеоценозов. Однако в условиях животноводческих комплексов как искусственных экосистем это нарушается, что приводит к неблагоприятным изменениям в природе.

Масштабы использования органических веществ растений для кормления животных, сконцентрированных в комплексе, резко возрастают. Одна часть кормовой массы животными усваивается и преобразуется в органические вещества своих тел, а другая, более значительная, — выделяется ими в виде экскрементов (фекалий, мочи и др.). Вблизи животноводческих ферм промышленного типа возможно скопление большого количества навоза. Загрязняются почва, вода, атмосфера, что неблагоприятно влияет на флору, фауну и на самих домашних животных.

Проблема утилизации навоза сложна, поэтому изыскивают принципиально новые подходы к ее решению. Ведут интенсивные разработки по созданию таких животноводческих ферм (комплексов), которые бы функционировали по типу природных биогеоценозов, т. е. безотходных производств. Это направление весьма перспективно. Известно о разработке проекта животноводческого комплекса «Протеиновый конвертер», функционирующего по типу безотходного производства. Протеиновый конвертер предназначен для откорма крупного рогатого скота. Он представляет собой искусственную экосистему с почти замкнутым круговоротом веществ. В животноводческом комплексе имеются автотро-фы, создающие органическое вещество фотосинтетического Происхождения (водоросли, гидропонная зелень). Гетеротрофы представлены крупным рогатым скотом, овцами (или свиньями), Птицами, рыбами (или омарами). В протеиновом конвертере одна часть навоза служит удобрением для растений, другая идет на корм животным и, наконец, третья подвергается абиотическому разложению на кислород и водород. Кислородом обогащают помещения для животных, а водород используют для генераторов конвертера как энергетический материал. Исходящие продукты конвертера — только чистая вода и высококачественное мясо.

Задачи промышленного животноводства нельзя признать окончательно решенными. Предстоит дальнейшее совершенствование методов кормления, содержания животных в животноводческих помещениях, мер охраны окружающей среды от загрязнений. Решение этих проблем может быть успешным при использовании достижений современной экологии.

Контрольные вопросы и задания

1. Каковы особенности ферменных БГЦ? 2. Дайте характеристику биоценоза ферменного БГЦ. 3. Охарактеризуйте особенности влияния на животных факторов ферменного БГЦ. 4. Каковы причины «хлевных» болезней животных? 5. В чем выражается нарушение геохимической экологической ниши животных, содержащихся в животноводческих комплексах? 6. Как осуществляют регуляцию и оптимизацию ферменных БГЦ с целью повышения продуктивности животных и их охраны от заболеваний? 7. Укажите основные принципы создания безотходных животноводческих комплексов. 8. В чем заключается охрана среды от загрязнений отходами животноводческих комплексов?

Глава 4

МЕЖБИОГЕОЦЕНОЗНЫЕ СВЯЗИ

4.1. ЭКОЛОГИЧЕСКАЯ РОЛЬ МЕЖБИОГЕОЦЕНОЗНЫХ СВЯЗЕЙ

Основатель биогеоценологии В. Н. Сукачев, его ученик Н. В. Дылис, другие экологи утверждали, что изучение межбиогео-ценозных связей — одно из необходимых условий развития экологии и биогеоценологии. Межбиогеоценозные связи играют большую роль в биосфере. От них в известной мере зависят состояние биогеоценозов, их динамика и эволюция. Ученые разных стран неоднократно подчеркивали, что состояние экологических систем зависит не только от особенностей их самоорганизации, но и от изменений, происходящих в окружающей их природе, т. е. от связей и взаимодействий между ними и другими экосистемами.

Биогеоценозы — системы открытые; они обмениваются между собой веществом и энергией. Вещество переносится в форме газа, жидкостей, сыпучих и иных материалов. Межбиогеоценозный перенос живого вещества и энергии отмечается при перемещении организмов, например при расселении растений, миграциях животных.

Одно из ярчайших доказательств жизненно важной значимости межбиогеоценозных связей — циркуляция в биосфере кислорода. Организмы, населяющие Северное или Южное полушарие, в зимнее время живут за счет кислорода, поступающего к ним из других биогеоценозов. Зимой сюда поступает кислород из тропических БГЦ, в которых растения продуцируют его круглогодично. Кроме того, отчасти используют кислород, поступающий из противоположного полушария, где в этот момент лето и растения активно Продуцируют С>2.

Полагают, что межбиогеоценозные связи возникли с момента образования биосферы и ее элементарных структурных единиц — биогеоценозов. С периода антропогена взаимосвязи между БГЦ существенно изменились. С возникновением и развитием сельского хозяйства это приобрело направленный характер. Определенные виды растений и животных человек стал перемещать из одних биогеоценозов в другие, иногда отдаленные. Вместе с видами, интересующими человека, перемещались и их спутники: симбионты, паразиты и т. д. Например, картофель, родиной которого считают Анды, распространился на всю Америку, затем Европу и на другие части света. Вслед за картофелем в Европу пришел его паразит — низший гриб фитофтора инфенстанс, вызывающий заболевание под названием картофельная гниль, или фитофтороз. Считают, что до 1840 г. фитофтора в Европе отсутствовала. Перекочевав в Европу, она вызвала эпифитотию картофельной гнили. Это оказалось трагичным для народов многих стран Европы, особенно Ирландии, где картофель был основным продуктом питания населения. Вслед за картофелем из Америки в Европу пришел колорадский жук — опасный вредитель картофельных полей.

Без изучения межбиогеоценозных связей нельзя понять природу сельскохозяйственных экосистем, агробиогеоценозов, пастбищных и ферменных БГЦ, их взаимодействий между собой и с окружающей средой.

Природные и сельскохозяйственные биогеоценозы обладают определенной автономией, относительной независимостью. Признаки автономии более ярко выражены в природно-технических системах с искусственной средой обитания для организмов, например в теплицах, предназначенных для выращивания растений, в животноводческих комплексах, используемых для содержания крупного рогатого скота, свиней и других видов животных. Складывается впечатление, что технически совершенные антропогенные системы подобного рода могут быть независимы от природы, не связаны с ней. Экологически неподготовленному, неосведомленному человеку может показаться, что идеальный искусственный микроклимат, оптимальные условия питания организмов делают природно-технические системы независимыми от окружающей среды. Но независимость искусственных биогеоценозов от окружения лишь кажущаяся. На самом деле природно-технические системы не являются изолированными, они связаны с другими биогеоценозами. В период научно-технического прогресса взаимосвязи между искусственными экосистемами и природой не только не исчезли, но и наоборот, расширились и усложнились.

Трансформация межбиогеоценозных связей обусловлена разными причинами. Одна из них — создание дополнительных механизмов по поддержанию в природно-технических системах оптимальных условий жизнеобеспечения растений и животных (и микроорганизмов). Так, например, для жизнеобеспечения культивируемых растений в теплице или сельскохозяйственных животных в животноводческом комплексе (на птицефабрике) необходимо вовлечь в хозяйственный оборот большое количество дополнительных материалов и энергетических ресурсов, даже таких, которые в естественных условиях организмами не используются, не потребляются.

Особенно много материалов и энергии расходуется при создании и эксплуатации животноводческих ферм промышленного типа. Для функционирования животноводческого комплекса, обеспечивающего оптимальные условия кормления и содержания животных, необходимо использовать самые разнообразные при-

способления и механизмы: кормораздатчики, автопоилки, вентиляторы, электроосветители. Разнообразные машины и механизмы необходимы для транспортировки кормов, их технологической переработки, очистки помещений от навоза, создания оптимального микроклимата и его регулирования. В комплексе используют энергию горючих материалов, электричества. В животноводческие комплексы поставляют лечебно-профилактические препараты (вакцины, сыворотки, лекарства и т. д.).

Таким образом, ферменные БГЦ постоянно или временно связаны не только с полями и лугами, но и с городами, фабриками и заводами, рудниками по добыче полезных ископаемых, с аптеками и т. д.

Варианты межбиогеоценозных взаимосвязей в аграрных ландшафтах самые разнообразные. Среди них более или менее подробно изучены связи и взаимодействия: антропогеоценозы агробиогеоценозы; антропогеоценозы пастбищные (луговые) БГЦ; антропогеоценозы г=£ ферменные БГЦ; агробиогеоценозы ферменные БГЦ; агробиогеоценозы леса (лесные полосы); ферменные БГЦ *=£ пастбищные (луговые) БГЦ; ферменные БГЦлеса (лесные полосы); пастбищные БГЦ 5=^ леса; аграрные, ферменные и пастбищные БГЦ 5=*: водные экосистемы, особенно используемые для полива (орошения) растительных сообществ и поения сельскохозяйственных животных. В свою очередь, сельскохозяйственные экосистемы связаны с природными комплексами, не тронутыми человеком (т. е. с природными лесными, степными и иными биогеоценозами).

Особенности межбиогеоценозных связей определяются соотношением разных типов БГЦ в хозяйстве (районе). В одних хозяйствах больший удельный вес имеют агробиогеоценозы, в других — ферменные БГЦ, в третьих — пастбищные и т. д. Так, в хозяйствах, . специализирующихся на производстве зерна, овощей и (или) других продуктов растениеводства, основная часть территории отведена под посевы сельскохозяйственных культур. В сельскохозяйственных экологических системах подобного рода преобладают агробиогеоценозы.

В регионах пастбищного животноводства большую часть угодий отводят под природные и культурные пастбища. Пастбищные биогеоценозы преобладают в тундре и ряде других регионов страны. В некоторых хозяйствах животноводство переведено на промышленную основу — в них построены специализированные фермы и животноводческие комплексы. В регионах промышленного животноводства отмечены существенные изменения окружающей среды под влиянием отходов животноводческих комплексов. На результат Межбиогеоценозных взаимодействий в сельскохозяйственных экосистемах значительное влияние оказывают расположенные в агросфере и ее окружении природные и искусственные леса, лесные полосы, живые изгороди, реки, озера, моря и океаны, другие наземные и водные биогеоценозы.

4.2. ИЗМЕНЕНИЕ АГРАРНЫХ ЛАНДШАФТОВ ПОД ВЛИЯНИЕМ АНТРОПОГЕОЦЕНОЗОВ

В общих чертах, антропогеоценоз — это биогеоценоз (экосистема), главным компонентом которого является человек (поселение). Такое определение антропогеоценоза недостаточно конкретизировано. В нем не указаны границы антропогеоценоза и его компонентность. Относительно компонентности и границ антропогеоценоза существует два взгляда. По мнению одних экологов, антропогеоценоз — это населенный пункт. Они говорят об антропогеоценозе как гетеротрофной экосистеме населенного пункта, например деревни или города. Другие ученые имеют более широкий взгляд на антропогеоценоз. По их мнению, антропогеоценоз включает в себя не только населенный пункт, но и окружающую его эксплуатируемую территорию. Два внешне разных взгляда на антропогеоценоз, по существу, очень близки, они не противоречат друг другу. Согласно системным представлениям любая система состоит из частей (подсистем) и является составной частью системного образования более высокого уровня (надсистемы, суперсистемы). Отсюда ясно, что населенный пункт представляет собой антропогеоценоз как экосистему низшего уровня, т. е. подсистему. Эта подсистема входит в состав системного образования более высокого уровня — антропогеоценоза в широком понимании. Тот же самый населенный пункт, взятый не изолированно, а в комплексе с окружающей его эксплуатируемой территорией, представляет собой экосистему, входящую в состав иерархически более высокой глобальной суперсистемы — биосферы. Биосфера, по существу, полностью освоена человеком. Современная ойкумена человека — вся планета. Человек создал обширные техногенные ландшафты, проник в глубины океана, взлетел высоко ввысь — в космос. Следовательно, биосферу можно рассматривать как своеобразную человеческую экологическую систему, как глобальный антропогеоценоз.

При обсуждении проблемы межбиогеоценозных взаимоотношений оба понимания антропогеоценоза, оба взгляда на него оказались полезными. В одних случаях ответ на вопрос может быть лучше и полнее раскрыт при использовании термина «антропогеоценоз» в узком понимании, в других — в широком. Изучая влияние населенного пункта на ближайшие сельскохозяйственные экосистемы, целесообразно использовать термин «антропогеоценоз» в узком понимании. Это правомерно, например, при рассмотрении вопроса утилизации бытовых отходов на близлежащих от селения полях орошения. Совсем иная ситуация возникает, когда тот или иной населенный пункт является причиной изменений в биогеоценозах, удаленных от него на большие расстояния. Примером могут служить глубокие, иногда катастрофические изменения в биогеоценозах вследствие взрыва бомб, выброшенный с помощью ракет или других летательных устройств за пределы населенного пункта за десятки тысяч километров.

Возникновение и формирование антропогеоценозов происходило в разных природно-климатических условиях и связано с уровнем общественного развития и образом жизни народов. Антропогеоценозы определенных типов формировались у охотников на морского зверя в полярных районах Евразии и Северной Америки, охотников—собирателей тропических лесов Азии, Африки и Южной Америки, у скотоводов степей и полупустынь Центральной Азии, растениеводов Европы, Азии, Африки, Америки, Австралии, многочисленных народов этих стран, которые занимались одновременно и растениеводством, и животноводством.

Производственная, в том числе сельскохозяйственная, деятельность людей неразрывно связана с возникновением и развитием науки и культуры. Поэтому антропогеоценозам определенного уровня развития присущ тот или иной тип хозяйствования и культуры (по терминологии этнографов — «хозяйственно-культурный тип»). Антропогеоценоз, по В. П. Алексееву, — это элементарная ячейка хозяйственно-культурного типа, т. е. комплекса хозяйства и культуры, исторически сложившегося в определенных природных условиях.

Эволюция человечества сопровождалась совершенствованием методов хозяйствования, ростом уровня науки и культуры. Можно полагать, что стимулом человеческой мысли и научно-производственных достижений являлась необходимость удовлетворения всевозрастающих потребностей человечества в пище, в решении других экологических проблем жизнеобеспечения. Вопрос «как выжить?» возник у человека очень давно. Увеличение численности населения неизбежно вело к дефициту используемых им исчерпаемых ресурсов, в частности животных, употребляемых человеком в пищу. С помощью обычных биологических приспособлений человеку ловить животных становилось все труднее. Чтобы выжить, нужно было придумать орудия труда, облегчающие охоту. Так появилась палка-рычаг, которую можно расценивать как важное открытие человечества.

Считают, что охота вооруженного первобытного человека ускорила вымирание некоторых видов животных, в том числе мамонта. Это способствовало изобретению новых способов добычи пищи — переходу от охотничества и собирательства к животноводству и растениеводству.

Развитие сельского хозяйства и связанного с ним промышленного производства привело к необходимости проведения все более сложных работ, требующих от людей большой изобретательности. Появились изобретения, повышающие эффективность деятельности человека, особенно его рабочих органов: рук, ног, мозга. Наряду с рычагом люди стали использовать колесо. Были созданы землекопные механизмы: лопата, соха, плуг, экскаватор. Совершенствовались устройства, предназначенные для передвижения: велосипед, автомобиль, самолет, космический корабль. Возникла необходимость все более широкого использования энергии. Освоена энергия тягловых животных, ветра, пара, электричества. Используя разнообразные механизмы и энергию, человек осуществил интенсификацию растениеводства и животноводства, увеличивая масштабы производства продуктов питания, материалов для изготовления одежды и т. д.

Повышение эффективности сельскохозяйственного производства привело к необходимости расширения возможностей работы мозга, умственных способностей человека. Один из эффективных приемов увеличения возможностей мыслительной деятельности человека в сфере сельскохозяйственного производства — компьютеризация сельского хозяйства. Сельское хозяйство тесно связано с промышленностью, особенно в области снабжения аграрных ландшафтов промышленными материалами и механизмами. Сельскохозяйственное и промышленное производство составляют единое целое. Поэтому возникает необходимость компьютеризации всей страны как антропогенной экосистемы (антропогеоценоза). С помощью компьютеров человек значительно быстрее может решать сложные задачи, связанные с воспроизводством и использованием природных ресурсов в соответствии с требованиями экологии и биогеоценологии.

Следовательно, антропогеоценоз — это природный комплекс, созданный человеком для своей жизни и деятельности. Население антропогеоценоза может быть мало- или многочисленным, а сфера его деятельности — локальной или обширной.

Связи между антропогеоценозами и сельскохозяйственными экосистемами многочисленны и разнообразны. Одна из таких связей — обмен веществом и энергией между человеком как биологическим видом и окружающей его средой. На связи между антропогеоценозами, с одной стороны, агробиогеоценозами, пастбищными и ферменными БГЦ — с другой, могут влиять продукты метаболизма людей, главным образом экскременты. Они могут использоваться в качестве органических удобрений на полях, огородах, культурных пастбищах, в садах и, таким образом, снабжать элементами минерального питания сельскохозяйственные культуры и пастбищные травы.

В качестве удобрений могут быть использованы отходы промышленных предприятий, в частности сточные воды. Однако, к сожалению, эффективное использование отходов в земледелии осуществляется не всегда. Отходы нередко оказываются опасными загрязнителями среды.

Развитие промышленного производства в 1980—1990 гг. создало массу негативных проблем экологического характера. Масштабы отрицательного влияния на природную среду были столь велики, что даже происходящий в последние семь лет спад произвол-ства не способствовал изменению в лучшую сторону жизнеобеспечивающих параметров среды обитания.

По данным Волгоградского отделения Российской экологической академии, в начале 1994 г. забор свежей воды составил 34,2 км3, а общее водоотведение в водные объекты Волжского бассейна — 20,9 км3, из них загрязненных — 10,1 км3 в год.

К настоящему времени бассейны рек, протекающих в густонаселенных районах (2/3 рек европейской части России, включая Волгу и ее притоки), вышли из «естественного» состояния и помимо транспортных, энергетических, водопроводных функций в основном выполняют функции канализационных систем.

Этому способствовала сложившаяся практика, когда при проектировании эффективности очистных сооружений учитывали разбавляющую и самоочищающую способность естественных водоемов как один из аспектов комплексного использования водных ресурсов. Когда сточные воды по уровню загрязнения не могли быть очищены на биологических очистных сооружениях до уровня установленных предельно допустимых концентраций (ПДК), то их направляли в пруды-испарители, что сопровождалось интенсивным загрязнением объектов окружающей среды на прилегающей территории. Система ПДК в определенной мере тормозит загрязнение поверхностных вод, но кардинально не устраняет отрицательных последствий, так как не учитывает обмена элементов, особенно биогенных, связанных с круговоротом воды, в том числе с его хозяйственной частью.

Полагают, что более 50 % ингредиентов сточных вод мигрирует в подземные воды и в поверхностные водные источники.

Загрязнение гидросферы привело к острой нехватке питьевой воды во многих странах мира. По данным Всемирной организации здравоохранения (ВОЗ) при ООН, 80 % сельского населения и 23 % городских жителей не обеспечены доброкачественной водой. Питьевая вода загрязнена, из-за чего ежегодно умирает до 9 млн человек.

При очистке городских и производственных сточных вод образуется значительное количество их осадков. Как в нашей стране, так и за рубежом технология обработки осадков сводилась к их сбраживанию в метантенках с последующей подсушкой на иловых площадках. Применение единой технологии для разных климатических условий привело к тому, что на многих станциях аэрации иловые площадки превратились в осадконакопители. Суммарное количество осадков сточных вод различных категорий достигает в Настоящее время свыше 4 млн т в год по сухому веществу (Туровский).

Отсутствие экономически обоснованной экологической политики не способствовало внедрению прогрессивных методов очистки сточных вод и утилизации их осадков. Чтобы сохранить для будущих поколений природу и ее ресурсы, необходимо изменить принципы их использования как в промышленности, так и в сельском хозяйстве.

На Первом Всероссийском съезде по охране природы, проходившем в 1995 г. в Москве, в качестве основных аспектов была рассмотрена концепция перехода Российской Федерации на модель устойчивого развития.

Термин «устойчивое развитие» появился после конференции ООН по окружающей среде и развитию в 1992 г. в Рио-де-Жанейро. В самом широком смысле стратегия устойчивого развития направлена на достижение гармонии в отношениях между человеком, обществом и природой, между экономикой и экологией. Данная стратегия предусматривает следующие основные принципы экологического развития применительно к территориальным хозяйственно-природным комплексам и промышленным предприятиям (Семенов, Баев, Терехов).

1. Удовлетворение основных жизненных потребностей как нынешнего, так и будущих поколений при сохранении окружающей природной среды.

2. Подчинение региональных и локальных задач глобальным и национальным целям экологического развития (принцип мыслить глобально — действовать локально).

3. Приоритет целей обеспечения экологической безопасности и стабильности развития по отношению к целям экономического роста и экономической выгоды (принцип экологического императива).

4. Усиление взаимосвязей экономики и экологии, формирование единой эколого-экономической системы, обеспечивающей эффективное эколого-безопасное хозяйствование и «вписывание» производственной деятельности в природные циклы. Соответствие размещения и развития материального производства ассимилирующему потенциалу (восстановительной способности) природной среды (принцип эколого-экономической сбалансированности).

5. Неистощительное использование возобновимых ресурсов, сокращение потребления невозобновимых ресурсов, максимальное применение вторичных ресурсов. Расширение выпуска экологически чистой продукции, переход к малоотходным, наукоемким, эколого-безопасным производствам и технологиям (принцип экологизации производства).

6. Создание эффективного экономического механизма регулирования экологического развития и природоохранной деятельности; плата за потребление природных ресурсов и загрязнение окружающей среды, экологические фонды, налоговые льготы, субсидии и др. (принцип экономизации при взаимодействии природы и производства).

7. Прогнозирование экологических рисков, предотвращение и

оперативная ликвидация чрезвычайных ситуаций, минимизация ущерба (принцип упреждения). *

В сложившейся ситуации в Волго-Каспийском бассейне первоочередными задачами для стабилизации экосистемного равновесия природных биологических систем должны стать следующие:

отказ от действующей концепции «комплексного» использования водных ресурсов, когда сброс сточных вод в реки и водоемы рассматривается как один из видов специального водопользования, так как использование природных водоемов в качестве биологических очистных сооружений неверно в своей основе с экологической точки зрения;

разделение сточных вод на хозяйственно-бытовые и промышленные;

дифференцированные методы очистки сточных вод: для хозяйственно-бытовых сточных вод по схеме механическая очистка — искусственно-биологическая очистка — доочистка на оросительных системах, использующих сточные воды с возвратом биогенных веществ в почву; для промышленных сточных вод по схеме локальные методы очистки на предприятиях, в основном физико-химические, — доочистка почвенная с выращиванием древесно-кустарниковых пород или технических культур;

решение проблемы утилизации осадков сточных вод по схеме обезвоживание — уплотнение — термофильное сбраживание — обеззараживание — использование в качестве удобрения для кормовых культур с учетом содержания тяжелых металлов и патогенных микроорганизмов.

Кроме того, качество сточных вод необходимо оценивать с агрономической, технической и экологической позиций. Если агрономические требования должны обеспечить высокие урожайность и качество продукции, сохранение или повышение почвенного плодородия, то экологические требования — санитарно-гигиеническую безопасность и охрану природной среды.

Экологические требования к качеству оросительной воды должны предусматривать: сохранение свойств почвы (оросительная вода по уровню минерализации и химическому составу не должна быть хуже поровых растворов орошаемых почв); сохранение природной среды (режим орошения не должен снижать плодородия почв, увеличивать влагообмен с грунтовыми водами и способствовать повышению дренажного стока); оптимальные условия роста и развития растений (соблюдение режима орошения с учетом влагообеспечен-ности культур при соответствующей агротехнике).

Соблюдение двух первых условий является превалирующим даже при некотором угнетении и снижении продуктивности сельскохозяйственных культур.

Возможность использования сточных или иных категорий минерализованных вод необходимо рассматривать в системе вода — почва — растение — ландшафт.

Таким образом, использование сточных вод и их осадков, стоков животноводческих комплексов и птицефабрик для орошения и удобрения сельскохозяйственных культур при соблюдении основополагающих принципов экологически безопасного устойчивого развития будет способствовать повышению плодородия почвы и качества окружающей природной среды.

В условиях крайне ограниченных водных ресурсов аридной и субаридной зон использование хозяйственно-бытовых сточных вод (СВ) городов для полевого кормопроизводства на песчаных почвах земледельческих полей орошения (ЗПО) позволяет одновременно решать комплекс актуальных задач — кормовую базу пригородного животноводства, санитарно-гигиенический и экологический аспекты охраны природы, рационального использования воды и др.

На серо-бурых супесчаных и песчаных почвах в районе г. Небит-Дага (Туркменистан) изучали возможность использования сточных (хозяйственно-бытовых) вод, подбор кормовых культур, технологии возделывания и их продуктивность. В связи с небольшой влаго-емкостью легких почв применяли 18—20 вегетационных поливов затоплением чеков слоем 8—10 см.

Продуктивность кормовых культур составила: ячмень озимый — 10,1 т/га; рожь озимая — 9,1; рапс озимый — 9,4; перко — 10,0; кукуруза (весенний и повторно летний посевы) — 40,5; сорго — 34,5; суданка (поукосно) — 11,2; амарант метельчатый — 10,9; люцерна (7 укосов) — 31,5; топинамбур — 23,0; топинсолнечник — 31,9 т/га абсолютно сухого вещества.

При определенных условиях применение высоких оросительных норм сточными водами сопровождается образованием под ЗПО опресненного «бугра растекания» грунтовых вод и может вызвать вторичное засоление почв. Поэтому необходимость строительства дренажной системы определяется в зависимости от конкретной гидрогеологической обстановки (глубина верховодки, сложение водовмещающих пород, условия оттока ГВ и т. д.). Дренажные воды направляют для повторного использования на ЗПО.

Хозяйственно-бытовые СВ городов аридной зоны следует повсеместно использовать для полевого кормопроизводства в интересах развития пригородного животноводства. Зеленую массу, выращенную на ЗПО, подвергают термической обработке на агрегатах АВМ для получения муки, гранул, брикетов. Корнеплоды (топинамбур, топинсолнечник и др.) скармливают животным после предварительного запаривания при температуре 110—120°С.

В аридной зоне строительство прудов — накопителей стоков холодного периода года — составная часть системы ЗПО, так как они способствуют дополнительной очистке сточных вод и позволяют значительно расширить посевные площади кормовых культур. При наличии дренажной сети они принимают сброс от понижения уровня ГВ.

Создание системы однорядных полезащитных лесных полос для предохранения почвы и всходов растений от дефляции (по периметру полей и вдоль постоянных водораспределительных каналов) в аридных условиях является составной частью ЗПО. В качестве главной древесной породы рекомендуют тополь разнолистный (туранга).

Сложные и дорогостоящие современные очистные сооружения не обеспечивают полного удаления из сточных вод органических и минеральных веществ. Современные методы биохимической очистки снижают концентрацию органических веществ только на 80 %.

Дальнейшее повышение эффективности очистки сточных вод влечет увеличение капитальных и эксплуатационных затрат за счет усложнения методов и схем очистки. Это приводит к существенному увеличению как удельных на 1 м3 (в ряде случаев до 5—6 раз по сравнению с современной себестоимостью), так и общих затрат по очистке сточных вод.

В настоящее время отдельные категории сточных вод, отличающиеся сложностью химического состава, присутствием ряда токсичных веществ, не используют для орошения сельскохозяйственных культур. Например, загрязненные сточные воды Волжского химического комбината после прохождения системы механической и биологической очистки направляют на естественное испарение, что потребовало отведения под испаритель около 5 тыс. га ценных сельскохозяйственных земель. Накопление больших объемов химически загрязненных вод представляет серьезную опасность для окружающей среды.

Использование таких категорий сточных вод для орошения древесных насаждений, по нашему мнению, весьма целесообразно, а присутствие в сточных водах токсичных веществ допустимо в более широких пределах, так как в данном случае не происходит накопления ингредиентов в пищевых цепях человека, нет таких отрицательных последствий, как вымокание и выпревание посевов, задержка начала проведения весенних агротехнических работ. При орошении древесных насаждений возможен стабильный прием сточных вод в течение года, так как это не связано и с проведением ряда технологических операций (посев, междурядные обработки, скашивание, стравливание и др.). Это является важным фактором, если учитывать лимитированное независимо от времени года поступление оросительной воды.

По данным польских и американских ученых, древесные насаждения можно орошать во все времена года, причем отрицательного воздействия на развитие деревьев не отмечено, и даже можно добиться увеличения прироста древесной массы. По сравнению с зерновыми и кормовыми сельскохозяйственными культурами применение сточных вод для орошения древесных насаждений имеет ряд существенных преимуществ.

По некоторым данным, со сточными водами химической промышленности может поступать более 6 тыс. различных загрязняющих веществ, многие из которых весьма токсичны.

Присутствие в сточных водах остаточных веществ, которые обладают кумулятивными и канцерогенными свойствами, не имеет принципиального значения, так как продукция, получаемая при выращивании древесных насаждений, не используется в пищевых и кормовых целях. Для орошения древесных насаждений можно использовать сточные воды и неблагополучные в санитарно-гигиеническом отношении, так как в этом случае контакт обслуживающего персонала со сточной жидкостью можно свести к минимуму. И наконец, при орошении древесных насаждений более приемлемо круглогодичное использование сточных вод.

Создание массивных древесных насаждений обеспечит не только утилизацию неблагополучных по ряду показателей сточных вод, но и получение сырья для целлюлозной промышленности. Наряду с этим оно будет способствовать улучшению санитарного состояния окружающей природной среды, в первую очередь воздушного бассейна.

В последнее время, несмотря на быстрый рост стоимости древесины, выше ценятся прижизненные свойства леса. В. Н. Виноградов приводит данные, что даже при неполном охвате природоохранных функций леса на их долю приходится около 3/4 общей стоимости лесных ресурсов.

На Волжском опорном пункте ВНПО «Прогресс» для орошения древесных насаждений использовали химически загрязненные сточные воды. Были опробованы два варианта использования: химически загрязненные сточные воды после прохождения полного цикла искусственной биологической очистки и смешанные сточные воды, которые представляют искусственную смесь всех категорий сточных вод комбината (химически загрязненные, условно чистые и хозяйственно-бытовые) в соотношении их суточных поступлений.

В состав органических загрязнений входят те же вещества, что и в состав химически загрязненных сточных вод, но в меньших количествах.

Продолжительное изучение влияния орошения химически загрязненными сточными водами на рост и развитие различных пород деревьев и кустарников показало, что тополь черный, вяз мелколистный, акация белая, клен татарский, ясень обыкновенный, береза бородавчатая, гледичия трехиглая, черемуха, облепиха, скумпия, жимолость татарская, яблоня и груша лесные, смородина золотистая и тамариск ветвистый растут так же, как и при орошении водопроводной водой.

Результаты исследований свидетельствуют о возможности использования хозяйственно-бытовых стоков г. Шевченко (Казахстан) для выращивания зеленых насаждений при различных режимах орошения, что создает существенные предпосылки для увеличения объемов и повышения качества зеленого обустройства на Мангышлаке и в аналогичных аридных условиях. *

Кроме того, благодаря древесной растительности за счет мощного активного слоя почвы и наличия лесной подстилки значительно лучше восстанавливается качество сточных вод по сравнению с полем или лугом. Лесная почва настолько хорошо фильтрует сток, что с ней не сравнится химическая очистка воды.

Важными резервами повышения урожайности с одновременным сохранением почвенного плодородия являются использование отходов предприятий и осадка сточных вод городских и сельских очистных сооружений в качестве удобрения при отсутствии или ликвидации в них токсичных соединений.

Из существующих методов утилизации осадков самым надежным и экономически выгодным является почвенное удобрение. Для использования осадков сточных вод (ОСВ) в качестве удобрения сельскохозяйственных культур необходимо исключить возможность загрязнения почв.

Для сохранения почвенного плодородия объемы внесения традиционных видов органических удобрений недостаточны. Их дефицит особенно велик в пригородных хозяйствах й достигает около бмлнт. По мнению большинства специалистов, сельскохозяйственное использование отходов — один из способов, который позволит решить ряд проблем: предотвратить загрязнение биосферы, ликвидировать угрозу дефицита пресной воды, увеличить производство и применение органических удобрений, превратить очистные сооружения и мусороперерабатывающие заводы в самоокупаемые и рентабельные предприятия.

Сбраживание осадка производят в метантанках при температуре 50 °С с последующим подсушиванием осадка на иловых картах. Такой технологический процесс уменьшает содержание воды в осадке, упрощает перевозку подсушенного осадка и практически уничтожает все гельминты, благодаря чему в санитарно-гигиеническом отношении осадок не вызывает опасения при его использовании как удобрения. Подсушенный на иловых картах осадок складируют в бурты. Такой осадок, по мнению многих исследователей, после соответствующих анализов на наличие солей тяжелых металлов можно использовать как удобрение. Осадки по содержанию азота, фосфора превосходят навоз, но уступают ему по количеству калия. Зарубежные данные свидетельствуют о возможности использования 70—80 % всех осадков сточных вод в качестве удобрения и при этом получать повышенные урожаи.

Результаты полевых опытов говорят о прибавке урожая яровой пшеницы на выщелоченном черноземе от 27,7 до 48,6 % при внесении в почву ОСВ в дозе 40—60 т/га. Результаты трехлетних вегетационных опытов с кукурузой, картофелем, томатом, суданской травой показали, что в вариантах с чистыми осадками и их смесями с почвой биомасса культур в 2—3 раза выше, чем на контроле. Химический анализ сельскохозяйственных культур, выращенных На чистом осадке, показал, что в этих культурах концентрация солей тяжелых металлов не превышает предельно допустимые нормы.

Вместе с тем, хотя сброженные осадки можно рекомендовать для использования в качестве удобрения, в каждом конкретном случае необходимы химический анализ самих осадков на наличие вредных соединений и удобрительные свойства, постоянный контроль органами санитарной службы, агрохимслужбы и очистных станций. Во избежание отрицательных последствий использования осадков и для ограничения внесения в почву вредных соединений применение ОСВ на одном и том же поле допускается не более 1 раза в 5 лет.

Пригодность сточных вод для орошения определяется в соответствии с санитарными правилами устройства и эксплуатации земледельческих полей орошения органами сельского хозяйства при согласовании с органами и учреждениями санитарно-эпидемиологической службы и ветеринарного надзора, а также с органами по регулированию использования и охране вод.

Сточные воды могут содержать различные химические элементы и соединения, которые при орошении оказывают существенное влияние на свойства почвы, качество растений и состав грунтовых вод. В ней могут присутствовать возбудители инвазионных и инфекционных заболеваний, вредные токсичные вещества, представляющие опасность для здоровья человека и животных. Игнорирование санитарно-гигиенических мероприятий способствует распространению гельминтозов.

Исследования, проводимые во ВНИИССВ, свидетельствуют о возможности поступления в растения специфических ингредиентов сточных вод, в них также могут накапливаться в больших концентрациях нитраты и нитриты, обладающие токсическим действием.

Под влиянием орошения сточными водами изменяются химический состав растений, их питательные свойства. Поэтому целесообразно периодически проводить зооветеринарную оценку кормов.

Карантинный срок между последним поливом сельскохозяйственных культур и уборкой урожая составляет 21 день.

Другая форма связей между антропогеоценозами и их окружением — техногенное воздействие человека на сельскохозяйственные экосистемы. Человек конструирует, изменяет и управляет биогеоценозами, предназначенными для производства продуктов растениеводства (поля, сады, огороды, оранжереи, теплицы), животноводства (пастбища, скотные дворы, животноводческие комплексы, птицефабрики), пчеловодства (пасеки).

Проводя посев, убирая урожай сельскохозяйственных культур и кормовых трав, человек тем самым так или иначе влияет на состояние полей, садов, огородов, сенокосных угодий. После уборки урожая сельскохозяйственных культур изменяется атрофитоце-ноз. Некоторые виды растений, главным образом культурных, выпадают из ценоза. Почва в значительной мере оголяется; во многих случаях она становится почти не защищенной от действия солнечных лучей, ветра, дождей.

Сенокос — антропогенный фактор, оказывающий сильное влияние на состояние лугового биогеоценоза. При скашивании срезаются листья растений, отчуждаются другие органы, расположенные выше уровня среза. Нарушается ритм сезонной вегетации растений. Наряду с травами изменяются зоокомпоненты БГЦ. Одни животные травмируются, другие — уничтожаются. Многие из них отчуждаются вместе с урожаем трав.

После удаления скошенного травостоя влажность приземного воздуха и почв уменьшается. Из-за снижения влажности микроклимата происходит изменение видового состава растений. Ксерофильные виды растений и животных получают преимущества и начинают преобладать в биоценозе. При продолжительном ежегодном сенокошении происходит трансформация травяных болот в луговые БГЦ (Работнов).

При скашивании травы, уборке сельскохозяйственных культур изменяются биотический круговорот и биогеохимия аграрных и луговых биогеоценозов. С урожаем из почв отчуждается значительное количество азота, фосфора, калия, меди, кобальта и других макро- и микроэлементов.

Еще одна форма воздействия человека на аграрные ландшафты — использование пестицидов. Они представляют собой ядовитые химические соединения, предназначенные для борьбы с нежелательными организмами (сорными растениями, вредными животными, паразитами, переносчиками и возбудителями болезней). Производство и применение пестицидов — яркий пример того, как успехи научно-технического прогресса одновременно становятся и нашими бедами, поражениями. Загрязнение среды пестицидами — одна из острейших экологических и санитарно-гигиенических проблем.

На организмы растений и животных, фитоценозы, зооценозы и экологические системы, в том числе сельскохозяйственные, негативно влияют радиоактивные загрязнения, связанные с авариями на атомных электростанциях, и т. д.

Необходимо отметить, что ныне сельскохозяйственные угодья Представлены на больших площадях какой-либо одной культурой, Причем не только одним видом, но и даже одним сортом. Величина полей часто превышает несколько тысяч гектаров. На первый Пзгляд это перспективно, особенно с точки зрения повышения производительности полевых агрегатов. Однако в центральной части ваких полей, особенно без лесных полос, отмечается недостаток диоксида углерода, угнетается деятельность опыляющих насекомых, снижается микробиологическая активность почвы, повышается интенсивность эрозии.

Следует также иметь в виду, что при монокультуре в почве образуются однотипные метаболиты. В связи с этим происходит ее дегумификация. В большинстве стран отсутствие гетерогенности (разнообразия) привел о к тому, что почвы потеряли за последние 100 лет до 30—50 % гумуса.

Принцип гигантизма, особенно в сельском хозяйстве, объектом которого является в основном ценозы на самой молодой стадии сукцессии, неэффективен и опасен. Действительно, на этой стадии посевы наиболее продуктивны, развивают максимальную биомассу, но они и наиболее подвержены различным неблагоприятным естественном и антропогенным факторам, которые могут вызвать негативные изменения агроэкосистем, создав условия для их распада, разрушения (эрозия, дефляция, засоление, слитность, дебазация, снижение супрессивности почвы и др.) и энергетических потерь.

4.3. ИЗМЕНЕНИЕ АГРАРНЫХ ЛАНДШАФТОВ ПОД ВЛИЯНИЕМ ФЕРМЕННЫХ БИОГЕОЦЕНОЗОВ

Ферменные биогеоценозы (скотные дворы, животноводческие фермы и комплексы) как производители животной пищи для людей тесно связаны с антропогеоценозами. Межбиогеоценозная трофическая и биогеохимическая связь проявляется в форме снабжения населения городов и сел мясом, молоком, яйцами и другими пищевыми продуктами животного происхождения.

Ферменные биогеоценозы связаны с агробиогеоценозами, другими природно-техническими системами аграрных ландшафтов. Масштабы и формы влияния ферменных БГЦ на сельскохозяйственные экосистемы во многом зависят от особенностей производства продуктов животноводства в регионе (районе, индивидуальном или коллективном хозяйстве). При стойлово-пастбищной системе ведения животноводства межбиогеоценозные связи характеризуются периодическими перемещениями животных из ферм (скотных дворов, животноводческих комплексов) на пастбища и обратно. Выпас животных проводят на полях (культурах зеленого конвейера), а также не только на природных и культурных пастбищах, но иногда и в садах и огородах. В качестве пастбищного корма используют и полевые пожнивные остатки. Во многих хозяйствах животных ночыо содержат в помещении, а в дневное время — на пастбище (поле). Нередко практикуют пастбищно-лагерную систему содержания животных. Суть ее заключается в том, что поздней весной, летом и ранней осенью животные находятся на пастбище (в лагере), а в остальное время года — на животноводческой ферме (комплексе).

Стадо представляет собой экологический фактор, существенно влияющий на травяной и полевой БГЦ. Влияние стад на агробиогеоценозы проявляется по-разному, что зависит от вида пасущихся животных, их численности, продолжительности выпаса и других факторов. Под воздействием выпаса животных некоторых видов, например овец, отмечают позитивные изменения видового состава агрофитоценоза. Поэтому для очистки полей от сорняков некоторые исследователи рекомендуют после уборки хлебов проводить выпас овец. Овцы выедают 570 видов сорных растений. Сельскохозяйственные животные других видов эти сорняки не поедают, поэтому при их выпасе на полях подобного «очистительного» эффекта не отмечают.

Другая, очень существенная, форма взаимодействия между ферменными БГЦ и иными компонентами сельскохозяйственной экосистемы — использование продуктов метаболизма сельскохозяйственных животных (фекалий и мочи) для удобрения почв полей, садов, огородов и пастбищ. Одна корова производит 15—20 т органических отходов в год, выделяя ежедневно 15—35 кг фекалий и 10—20 л мочи. На крестьянских скотных дворах с небольшим поголовьем животных масса навоза относительно невелика и без особых затруднений может быть утилизирована в агробиогеоценозах и пастбищных БГЦ. Иная картина на животноводческих фермах. Объем навоза в них может достигать значительных величин. Особенно много отходов скапливается на крупных животноводческих комплексах промышленного типа по производству свинины, птичьего мяса, молока, яиц. Объем навозной жижи, образующейся на животноводческих комплексах, варьирует в пределах 84—2600 м3 в сутки, или 30,6—949 тыс. м3 в год (Баранников).

Метод содержания животных и характер очистки помещений от экскрементов ощутимо сказываются на консистенции навоза. В зависимости от консистенции навоз подразделяют на жидкий, разжиженный, полужидкий, твердый.

При содержании крупного рогатого скота и свиней на щелевых полах без подстилки и при гидравлическом способе уборки экскрементов образуется жидкий навоз, который содержит 93 % воды. Разжиженный навоз, содержащий 85—90 % воды, удаляется из помещений гидросплавом или самотеком. Полужидкий навоз содержит 80—85 % воды; из помещений его удаляют скребковыми или штанговыми транспортерами. Твердый навоз образуется при размещении животных на подстилке. Он содержит 70—80 % воды, из помещений его удаляют лопатой или скребком, а из животноводческих комплексов — при помощи трактора и бульдозерной навески.

Экскременты животных изменяют биогеоценотическую обстановку не только на скотном дворе (животноводческой ферме, комплексе), но и в других частях аграрного ландшафта как в наземных, так и в водных биогеоценозах. Навоз — геохимический фактор; его издревле используют в качестве удобрения почв на полях, в садах, огородах. Навоз богат элементами минерального питания растений. В нем много азота, фосфора, калия. Так, в расчете на сухое вещество в навозе крупного рогатого скота содержится 0,53— 3,55 % азота, 0,24—1,75 % фосфора, 1,08—5,01 % калия (Ковда). В навозе имеются и микроэлементы. В 1 кг сухого вещества навоза содержится 182—201 мг марганца, 20—84 мг бора, 16—20 мг меди, 1,0—1,7 мг кобальта, 2,0—2,3 мг молибдена (Кук). Использование навоза в качестве органических удобрений улучшает физико-химические свойства почв, повышает их плодородие. Это целесообразно как с экологической, так и с экономической точек зрения. В. А. Ковда отмечал, что отходы животноводства в Англии могут обеспечить пахотные земли страны азотом в дозе 125 кг/га, фосфором — 70, калием — 125 кг/га.

Навоз, применяемый в оптимальном количестве, благоприятно влияет на состояние почв, биотический круговорот, жизнедеятельность организмов. Но когда его в биогеоценозе накапливается больше оптимума, он становится загрязнителем окружающей среды: почвы, воды, воздуха. Вследствие движения воздушных масс специфические запахи распространяются на расстояние до 6 км. Отмечают и бактериологическое загрязнение окружающей среды. Навозные стоки просачиваются глубоко в грунт, загрязняя почву и грунтовые воды. Дождевыми и паводковыми водами навозная жижа перемещается в канавы и ложбины, овраги, речки и реки, в болота и озера.

Функционирование наземных и водных экологических систем нарушается. Изменяются процессы синтеза и распада органического вещества. В загрязненных питательными веществами закрытых водоемах (озерах, водохранилищах и т. д.) развиваются процессы эвтрофирования. Вода «зацветает». Газовый состав ее нарушается. Из-за кислородного голодания гибнет биота, наблюдаются случаи массовой гибели рыб. Загрязнение наземных и водных экосистем отходами животноводческих комплексов — одна из острейших экологических проблем.

Воздух на животноводческих комплексах интенсивно загрязняется. Этот процесс охватывает значительную площадь вокруг комплексов, зона загрязненного воздуха доходит до 5 км от источников загрязнения, часто достигая населенные пункты.

Животноводческие комплексы, не оборудованные эффективными средствами очистки загрязненного воздуха, способствуют резкому повышению содержания в воздухе помещений и вокруг них аммиака, сероводорода и многих других токсичных веществ. Установлены зоны влияния комплекса на состояние атмосферного воздуха: типового свиноводческого на 216 тыс. голов — на 4 км, 54 тыс. голов — на 2 км, 15—27 тыс. голов — на 1,5 км; предприятий по выращиванию и откорму молодняка крупного рогатого скота, выращиванию нетелей до 5 тыс. голов — на 500 м, по производству молока на 800 и 1200 голов — на 300 м, по производству говядины на 1200 и 2000 голов — на 500 м. *

Свинокомплекс на 108 тыс. голов выбрасывает ежесуточно около 50 кг сероводорода, более 600 кг пыли от кормов и другие вредные для человека и животных компоненты. Комплекс на 35 тыс. голов крупного рогатого скота или на 108 тыс. свиней дает примерно такое же загрязнение воздуха и воды, как город с населением 400—500 тыс. человек.

Для охраны природы от загрязнений отходами животноводческих комплексов разрабатывают методы эффективной утилизации навоза, устранения вредных газов и неприятных запахов. В навозную жижу добавляют сульфат аммония, который нейтрализует сероводород и другие дурнопахнущие вещества, производные азота. С той же целью используют смесь, состоящую из сульфата железа, бисульфата кальция и гидрокалийного метансульфата. Совершенствуются методы использования навоза в качестве удобрений сельскохозяйственных культур, кормовых трав, фруктовых деревьев, лесных насаждений. Разрабатываются технологии переработки навоза в продукты кормления животных.

В Ставропольском сельскохозяйственном институте разработан эффективный способ трансформации птичьего помета в кормовую массу для рыб (Гребенник). Проводят медико-ветеринарные и санитарно-гигиенические мероприятия по оздоровлению окружающей среды от бактериальных загрязнений. Изыскивают принципиально новые подходы к решению проблемы. Ведут интенсивные разработки животноводческих ферм и комплексов, работающих по принципу безотходных производств.

4.4. ИЗМЕНЕНИЕ АГРАРНЫХ ЛАНДШАФТОВ ПОД ВЛИЯНИЕМ ТЕХНОГЕННЫХ НАРУШЕНИЙ ЗЕМЕЛЬ

Развитие цивилизации сопровождается строительством фабрик и заводов, агропромышленных предприятий, дорог, каналов, добычей руды, каменного угля, нефти, других полезных ископаемых. Многообразная производственная деятельность людей во многих случаях связана с техногенным нарушением земель. Так, при строительстве 100-километровой дороги нарушается 200 га земли, 100-километрового трубопровода — 400 га.

Разные формы техногенных нарушений земель подразделяют на несколько категорий: образование терриконов в результате подземной добычи угля; глубокие карьеры без отвалов, образовавшиеся при добыче строительных материалов и торфа; нарушения почвенного покрова при добыче нефти; нарушения земель при строительстве дорог, проведении кабелей и т. д.

При добыче полезных ископаемых открытым способом, строительстве животноводческих комплексов, орошаемых участков и Других работах, связанных с нарушением почвенного покрова, необходимо выполнять требования по снятию, хранению и возврату или перемещению верхнего гумусированного слоя почвы на рекультивируемые земли, а при экономической целесообразности — и на малопродуктивные угодья.

В связи с геолого-поисковыми и промысловыми нефтяными работами актуальна рекультивация земель, подверженных нарушению и загрязнению нефтью, токсичными промывочными жидкостями, буровыми вышками и различного рода вспомогательными транспортными средствами. Согласно нормативам на каждую скважину отводится 2,2 га. Однако часто из сельскохозяйственного оборота выводится во много раз большая площадь. Особенно много земли повреждается при перемещении буровых установок в смонтированном виде большой колонной гусеничных тракторов.

В России имеется значительная площадь выработанных торфяников. Их использование зависит от способа выработки, мощности слоя оставленного торфа и его качества, водного режима, степени задернения.

Проведение рекультивационных работ зачастую задерживается. Часть переданных во временную эксплуатацию землепользователям земель используется бесхозяйственно и не приводится в состояние, пригодное для сельскохозяйственного производства. Отмечается увеличение площадей отработанных торфяных месторождений, не переданных землепользователям. В ряде областей выявлены бесхозные карьеры, число которых ежегодно растет. Часто землепользователям передаются земли в основном после отработки торфяных месторождений, разрозненными участками без проведения мелиоративных работ и агрохимических обследований. Создаются трудности для осуществления своевременной биологической рекультивации и вовлечения этих земель в сельскохозяйственный оборот.

Поля фрезерной добычи торфа, невыработанные окраины болот засаживают лесными культурами. Фрезерные поля в зависимости от глубины залегания грунтовых вод делятся на низкие, средние и высокие. Все типы полей при мощности торфа до 30 см, а также невыработанные окраины облесяют. На низких полях почву готовят путем создания микроповышений в виде напашных свальных двухпластовых валов. Подготовка почвы на средних и высоких полях состоит из глубокой вспашки с последующим дискованием дернины и глыбистого торфа. Посадку весной начинают через 2—3 года после выработки торфа. Используют однолетние сеянцы сосны, 2—3-лет-ние ели, 1—2-летние березы и ольхи и укороченные черенки тополя. Удобрения вносят из расчета Р60_90 K90_i2o-

На низких полях с сапропелевым плодородным торфом формируют хорошие сенокосы, невыработанные окраины используют под полевые культуры.

Западины и карьеры используют как водоемы, угодья для дичи и рыбоводства.

Для сельскохозяйственного освоения выработанных торфяников следует проводить известкование. Здесь выращивают овес, вико-овсяную смесь, озимую рожь и др. На торфяных выработках получают высокие урожаи различных культур, что позволяет компенсировать затраты на рекультивацию в течение 2—3 лет.

На осушенных низинных торфяниках сельскохозяйственные культуры особенно отзывчивы на фосфорные и калийные удобрения, а из микроудобрений — на медные.

Бывшие торфяные участки после обводнения могут украшать ландшафт. Например, торфяные площади стали неотъемлемой частью Лосиноостровского национального парка под Москвой.

Важной проблемой является рекультивация отвалов электростанций и шламовых полей металлургических заводов и обогатительных фабрик. Они не только изымают землю из оборота, но и представляют опасность для населения с санитарно-гигиенической точки зрения. Поэтому их необходимо закреплять и озеленять. Эти отвалы и шламы из-за дефицита азота и воды зарастают очень медленно, но достаточно нанести на их поверхность 2—3-сантиметровый слой почвы, как они могут дать урожай сена до 3—5 т/га.

В условиях Урала для посева используют следующие травы: люцерну желтую, донник белый, эспарцет песчаный. При покрытии отвалов и шламов слоем плодородной почвы мощностью от 10 до 50 см и внесении повышенных доз удобрений можно получать высокие урожаи трав — 2—4 т/га. При этом на шламовых полях из-за наличия в них токсичных соединений требуется нанесение более мощного слоя почвы, чем на золоотвалах. Шламовые поля нуждаются в закреплении. Для этого на них проводят мульчирование соломой, опилками, древесной корой, различного рода искусственными стабилизаторами.

В результате горных разработок не только нарушаются почвенный покров, гидрологический режим на прилегающей территории, изменяется рельеф, но и загрязняется атмосфера. Снижение уровня грунтовых вод ведет к падению прироста лесов и уменьшению урожаев полевых культур, вызывает «местную засуху».

Рекультивацию земель, нарушенных горными разработками, проводят в три этапа.

Первый этап — подготовительный, во время которого проводят обследование земель, требующих рекультивации, устанавливают ее направление, составляют технико-экономическое обоснование и проект рекультивации.

Второй этап — горно-техническая рекультивация. В зависимости от условий района он может дополняться промежуточной стадией — химической мелиорацией. Горно-техническую рекультивацию проводят предприятия, ведущие разработку полезных ископаемых.

Если породы токсичны или соленосны, необходимо провести селективное отвалообразование, которое обеспечивает их захоронение в основание отвалов. Затем токсичные или соленосные грунты перекрывают экраном — слоем нетоксичной породы (60—100 см), проводят планировку площади бульдозерами и покрытие гумусированным слоем почвы. Токсичность сульфидсодержащих пород можно снизить при помощи химической мелиорации, одной из форм которой является внесение извести в высоких дозах.

При токсичности грунтов более 40 % рекомендуют проводить полную химическую мелиорацию, но количество вносимой извести для разных районов неодинаково. Например, в Подмосковном районе для полной мелиорации грунтосмеси достаточно внести 2 % извести от массы грунта мелиорируемого слоя, дважды перемешав ее с мелиорируемым грунтом на глубину не меньше 50—70 см. При содержании токсичных грунтов 20—40 % проводят частичную мелиорацию, а при менее 20 % мелиорацию не проводят.

По окончании мелиоративных работ грунты покрывают селективно вынутым гумусированным слоем. Предпочтительно покрытие проводить нетоксичной материнской породой, а затем наносить на нее гумусированный слой. Помимо так называемого сухого способа покрытия отвалов можно применять гидроспособ, при котором на спланированную поверхность отвалов по трубам подается пульпа из смеси воды и гумусированного слоя почвы.

Третий этап восстановления нарушенных горными разработками территорий — биологическая рекультивация. В процессе ее решаются задача восстановления плодородия подготовленных горно-технической рекультивацией участков и перевод в категорию полноценных сельскохозяйственных и лесных угодий. Методы биологической рекультивации зависят от зональных и хозяйственно-экономических условий.

Различают два вида биологической рекультивации: лесную и сельскохозяйственную. Наиболее экономным видом освоения рекультивируемых земель является их облесение, поэтому лесной рекультивации отдают предпочтение в большинстве стран.

За 1—2 года до посадки проводят противоэрозионные мероприятия. В Донбассе, на Урале, в Караганде на крутых склонах применяют террасирование, отвод стока ливневых и талых вод, создание фиксированных рубежей, обвалование, покрытие склонов ивовыми плетнями, дерном, нанесение на выдуваемую поверхность фиксаторов (битумная эмульсия, арланская нефть, полимеры).

Для накопления в верхнем слое органического вещества перед облесением высевают люпин. В южных районах хорошие результаты дает посев таких сидератов, как донник и люцерна. Отмечено, что многолетние травы на грунтах значительно активизируют биологические процессы.

По существу, для облесения пригодны почти все вскрышные породы. Оптимальный pH грунтов для хвойных пород 4,5—6, для лиственных 6—7,5. "

Создание лесонасаждений на отвалах методом посева семян древесных пород оказалось неудачным. Семена поедают грызуны, всходы усыхают. Поэтому рекомендуют посадку древесных пород: хвойных — двулетними, лиственных — однолетними сеянцами. Сеянцы подбирают из местных (аборигенных) пород.

В условиях лесной, лесостепной и степной зон на нетоксичных И потенциально плодородных вскрышных породах выращивание насаждений не представляет особых трудностей. Для Крайнего Севера, где естественное возобновление происходит слабо, рекультивация техногенных ландшафтов, подверженных мерзлотным процессам, затруднена и недостаточно разработана. То же относится к районам, где развиты эрозионно-термокарстовые процессы.

На торфяно-болотных землях устойчивыми и быстрорастущими породами являются ель, осина, тополь бальзамический и канадский, рябина, смородина черная и красная, ива пятитычинковая, а на песках — сосна. Мелкозалежные земли с мощностью торфа свыше 0,3 м и минеральные обнажения пригодны для дуба, клена, ясеня, липы и груши.

На Урале большой объем работ проводят по лесной и лесопарковой рекультивации. Здесь осуществляют террасирование склонов, предварительный посев бобовых и злаковых трав с внесением торфа или навоза, посадку кустарников. Л есообразующими породами являются сосна, лиственница, а вблизи предприятий — береза повислая. В Подмосковном угольном бассейне наиболее устойчивы береза повислая и сосна обыкновенная.

Для снижения эрозии на отвалах необходимо создавать дернину. Для этого подходят травосмеси из овсяницы, мятлика и волосенца. Их высевают на предварительно нанесенном 10-сантиметровом слое почвы. Для закрепления склонов можно применять гидропосев трав без предварительного нанесения плодородного слоя. Для закрепления органогенных субстратов и снижения термоэрозии используют морошку, княженику, костяницу.

Застройку отвалов, дачное строительство производят после их усадки, не менее чем через 10 лет после отсыпки, причем, как правило, можно возводить одноэтажные здания. В карьерах и на отвалах после их планировки можно строить коллективные гаражи, теплицы для выращивания овощей и шампиньонов.

На нетоксичных вскрышных породах в густонаселенных районах проводят сельскохозяйственную рекультивацию. Подготовку нарушенных территорий после горно-технической рекультивации проводят в несколько стадий: известкование; рыхление на глубину до 60 см; внесение повышенных доз сбалансированных удобрений; посев злаково-бобовой травосмеси. Удобрения вносят после выполнения горно-технической рекультивации, под посев трав и после него. В целом за три этапа вносят 2,0...2,5 т/га минеральных удобрений в соотношении NPK 2:3:5.

На черноземах европейской части России можно выращивать любые районированные культуры при покрытии отвалов плодородной почвой слоем 40—60 см. При этом получают высокие урожаи. Под травами мощность покрытия отвалов плодородной почвой 30 см. Севооборот должен включать не менее 4—5 полей многолетних трав.

В Карагандинском угольном бассейне и в Казахстане на железорудных отвалах для биологической рекультивации используют люцерну, пырей ползучий, житняк, донник, мятлик луговой, эспарцет, овсяницу, кострец. При этом обязательно проводят полив. Посадку древесно-кустарниковых пород осуществляют выборочно в ямы и траншеи с полной заменой инертной минеральной породы гумусированным слоем почвы на глубину распространения основной массы корневой системы.

Карьеры нерудных ископаемых, если позволяют гидрологические условия, можно заполнять водой, создавая водохранилища с благоустроенными, озелененными берегами. Здесь можно организовать зоны отдыха. Подобный метод использования бросовых земель с системой озер преобразует ландшафт, улучшает рекреационные условия и его биодизайн.

Много земель изымается под застройку градообразования, но плотность застроек, как правило, низкая. Вместе с уплотнением застройки целесообразно вести городское и промышленное строительство на бросовых землях или низкобонитетных с точки зрения сельскохозяйственного производства. Линии электропередач и различные трубопроводы должны строиться также исходя из этого принципа. Размещать их надо вдоль дорог, лесополос, по межам.

Строительство железных, автомобильных дорог, аэродромов также требует много земель. При их сооружении важно соблюдать соответствующие нормы отчуждения земельного фонда, буртовать и хранить верхний плодородный слой почвы, а после окончания строительства возвращать его на нарушенные участки или вывозить на менее плодородные земли.

4.5. ИЗМЕНЕНИЕ АГРАРНЫХ ЛАНДШАФТОВ ПОД ВЛИЯНИЕМ АГРОБИОГЕОЦЕНОЗОВ

Аграрные биогеоценозы (поля, сады, огороды) предназначены для производства продуктов растениеводства, главным образом растительной пищи для человека. Поэтому трофически и биогеохимически они тесно связаны с антропогеоценозами. Межбиогеоце-нозные трофические связи проявляются в форме обеспечения населения городов и сел зерном, овощами, фруктами, другими пищевыми продуктами растительного происхождения.

Многие виды культурных и сорных растений человек использовал в качестве целебных лекарственных средств. Уже в глубокой древности люди знали о благотворном влиянии на организм винограда, смородины, о мочегонном действии редьки, потогонном — мадины. Арбузы употребляют как лечебно-профилактическое средство при заболеваниях сердца и сосудов, вишню — при мочекаменной болезни, капусту —при поражении печени (гепатозе), репу — при цинге, морковь и томаты — при нарушении витаминноминерального обмена. Фитонциды лука, чеснока и антоновских яблок подавляют вирус гриппа. Черемшу горцы Кавказа применяют для борьбы с холерой.

Некоторые виды культурных и сорных растений используют в санитарно-гигиенических целях. Сухие корни хрена, выделяющие летучие масла, применяют для уничтожения мух и клопов. Для изгнания из домов тараканов используют сухие букетики живокости полевой — обычного сорняка зерновых культур.

Значительную часть фитомассы, производимой в агробиогеоценозах (кукуруза на силос, пшеничная и ржаная солома и т. д.), используют на корм для сельскохозяйственных животных и птиц. Предназначенную для кормления животных растительную массу из агробиогеоценозов доставляют на скотные дворы, животноводческие фермы и комплексы, птицефабрики, отчасти на пастбища. Кормами, поступающими в ферменные БГЦ из агробиогеоценозов и других экосистем, животные питаются при стойловом содержании.

При пастбищном содержании основным продуктом питания животных служит травостой. Однако в ряде случаев возникает необходимость давать животным дополнительный корм. Дополнительную подкормку пасущихся стад проводят для повышения продуктивности животных и других целей. В пастбищный БГЦ корма могут поступать из разных экосистем, в том числе из агробиогеоценозов. Следовательно, агробиогеоценозы трофически связаны с ферменными и отчасти с пастбищными биогеоценозами.

На характер связей между агробиогеоценозами и другими природно-техническими системами аграрного ландшафта большое влияние оказывает биогеохимическая обстановка, сложившаяся на полях, в садах и огородах. От химического состава культурных растений и продуктов их переработки (зерно, солома, мякина, корне-, клубнеплоды, фрукты и т. д.) во многом зависят качество пищи (корма) и, следовательно, состояние здоровья людей и сельскохозяйственных животных. При недостатке или, наоборот, избытке макро- и микроэлементов в пище (корме) у людей и животных возникают болезни (макро- и микроэлементозы). Так, фитомасса, обедненная йодом, может стать причиной поражения щитовидной железы (зобной болезни). Поэтому необходимо проводить мероприятия по оптимизации биогеохимии агробиогеоценозов. Регуляция и оптимизация геохимической обстановки на полях, в садах, огородах, теплицах и других природно-технических системах при помощи внесения в почвы макро- и микроудобрений — важные условия производства экологически полноценной растительной пищи (корма).

Состояние межбиогеоценозных связей во многом зависит от процессов, протекающих в агробиогеоценозах. Негативное влияние агробиогеоценозов на экосистемы аграрных ландшафтов часто связано с антропогенной (ускоренной) эрозией почв.

При ветровой эрозии почв, или дефляции, происходят выдувание почвы, снос ее мелких частиц ветром. Сухие почвы поддаются действию ветра легче, чем влажные, поэтому ветровая эрозия чаще всего наблюдается в засушливых регионах. Ветровая эрозия проявляется в виде поземок и смерчей (столбов пыли). Пыльные бури сопровождаются переносом частиц плодородного слоя почвы в леса (лесные полосы), водоемы (реки, озера) (Рябов, Вакулин). Ветер перемещает пыль в населенные пункты, на пастбища, животноводческие фермы. Вдыхание пыльного воздуха может стать причиной заболеваний слизистой оболочки носа, гортани, бронхов у людей и животных.

При водной эрозии наблюдают смыв верхних горизонтов почвы при стекании по ним дождевых или талых вод. Водные потоки служат причиной образования промоин, рытвин, оврагов. Питательные вещества почвенного покрова вместе с водой перемещаются в реки, болота, озера. Наряду с гумусом в водоемы попадают минеральные удобрения, пестициды. В результате обогащения вод питательными веществами (азотом, фосфором и др.) развивается эвтро-фирование водоемов, главным образом болот, озер, водохранилищ. В них бурно развивается фитопланктон. Процессы синтеза и распада органического вещества в водных экосистемах резко интенсифицируются.

Защита почв от эрозии — важнейшая экологическая и хозяйственная задача.

4.6. ИЗМЕНЕНИЕ АГРАРНЫХ ЛАНДШАФТОВ ПОД ВЛИЯНИЕМ ЛУГОПАСТБИЩНЫХ БИОГЕОЦЕНОЗОВ

Лугопастбищные биогеоценозы биогеохимически тесно связаны с агробиогеоценозами. После скармливания животным скошенной на лугах травы образуется навоз, который используют для удобрения полей. В прошлом, когда поля удобряли исключительно навозом, бытовала поговорка: «Луг — мать поля». В ней заключен большой смысл, суть которого в том, что луга могут играть важную роль в повышении плодородия почв и урожайности полевых культур. Таким же образом происходит перенос веществ и энергии из пастбищных БГЦ в полевые при стойлово-пастбищной форме содержания, когда сельскохозяйственные животные в дневное время находятся на пастбище, а ночью — на ферме (скотном дворе, животноводческом комплексе). *

Характер влияния пастбищных биогеоценозов на окружающую среду во многом зависит от изменений, происходящих в них. При правильной пастьбе стад урожайность пастбищного травостоя долго сохраняется высокой. В этих случаях эксплуатируемые пастбища оказывают такое же действие, как и любые травяные (луговые, степные) биогеоценозы. Совсем иная картина, когда в результате пере-выпаса пастбище подвергается деградации.

Деградирующие сухие пастбища подвергаются опустыниванию — исчезновению сплошного растительного покрова с невозможностью его самовосстановления. Опустынивание сопровождается иссушением климата, понижением грунтовых и поверхностных вод, обмелением и даже исчезновением мелких рек, болот, озер. Ухудшение природно-климатических условий приводит к негативным изменениям структуры и функции не только водных, но и наземных биогеоценозов, примыкающих к пастбищам.

Концентрация большого поголовья на ограниченных участках пастбищной территории, особенно на стойбищах, может сопровождаться загрязнением среды фекалиями и мочой. Под влиянием дождевых и паводковых вод экскременты животных смываются, попадают в водоемы. Вода загрязняется, ее качество ухудшается, и многие водоисточники становятся непригодными для водопоя животных.

Особую опасность для животных (и людей) представляет загрязнение среды бациллами (спорами) сибирской язвы. Споры возбудителя сибирской язвы устойчивы к воздействию факторов природной среды. Они сохраняются в грунте десятки лет и содержат потенциальную угрозу заражения животных и людей. При разливах полых и ливневых вод, размывающих почвы, проведении мелиоративных работ, строительстве дорог споры возбудителя сибирской язвы из глубоких слоев грунта могут быть вынесены на поверхность земли. Био-геохимическая пищевая цепь почва —» растения —» животные -» человек загрязняется, и риск возникновения вспышек эпизоотий и эпидемий сибирской язвы резко возрастает. Охрана пастбищных биогеоценозов и их окружения от бактериальных загрязнений представляет собой острую экологическую, ветеринарно-медицинскую, санитарно-гигиеническую проблему.

Еще одна форма межбиогеоценозных связей — случайное или Целенаправленное перемещение животных из пастбищного биогеоценоза на поля, в сады, огороды, на сенокосные луга, в леса (лесные полосы). Агробиогеоценозы, сенокосные и лесные БГЦ могут служить дополнительным источником корма. Наряду с этим выпас стад — агротехнический прием для оптимизации процессов, протекающих в луговых, полевых и иных экосистемах аграрных ландшафтов. Так, например, в течение определенного времени крупный рогатый скот (или животных других видов) пасут на сенокосах для Целенаправленного преобразования видового состава луговых трав, уничтожения сорняков и т. д.

Связь между пастбищами и населенными пунктами (селами и городами) состоит в основном в миграции продуктов животноводства (мяса, молока и др.) из пастбищных БГЦ в антропогеоценозы.

4.7. ИЗМЕНЕНИЕ АГРАРНЫХ ЛАНДШАФТОВ ПОД ВЛИЯНИЕМ ЛЕСНЫХ БИОГЕОЦЕНОЗОВ

Леса, занимающие около 40 % суши, — мощный стабилизатор и регулятор биосферы, ее живых и неживых компонентов. Они в известной мере определяют в атмосфере баланс кислорода, диоксида углерода и азота. Установлено, что 1 га леса за год выделяет 10—20 т 02 и поглощает 5— 10 т С02.

Страны СНГ, особенно Россия, богаты лесом. На их долю приходится У5 покрытой лесами площади мира. Но леса расположены неравномерно. В одних регионах лесистость (отношение покрытой лесом площади к суше) высокая, в других, наоборот — низкая. В Восточной Сибири и на северо-западе европейской части России лесистость составляет более 50 %, на Урале и в Волго-Вятском регионе — 40—48, в южной части Украины, в Ростовской области, Республиках Средней Азии — всего 2—4 % (Павловский). Несколько столетий назад лесов было больше. Например, лесистость Полтавской губернии в конце XVII в. составляла 25,6 %, а к 1914 г. снизилась до 5 %. За тот же период времени лесистость в Тамбовской губернии уменьшилась с 40,5 до 16,2 %. Снижение лесистости сопровождалось учащением засух, иссушением и разрушением почв, обмелением рек и другими негативными изменениями в природе.

О благоприятном влиянии леса на аграрные ландшафты известно давно. Лесные насаждения служат надежным помощником человека в борьбе с засухой, благоприятно влияют на поля, сады, огороды, пастбища, скотные дворы, животноводческие фермы и комплексы. Даже в молодом возрасте они оказывают значительное влияние на регулирование стока, гидрологический режим местности, увеличение урожая сельскохозяйственных культур. Первоочередными объектами агролесомелиорации являются очаги экологической дестабилизации, где прогрессирует деградация аграрных ландшафтов.

Лесные полосы из деревьев и кустарников служат механическим препятствием на пути движения ветров и водных потоков, создавая шероховатую поверхность на сельскохозяйственной территории. Они, и прежде всего кустарники, разбивают струи воды на более мелкие, обладающие меньшей разрушающей почву силой, трансформируют воздушные потоки, придавая им иные аэродинамические характеристики. Это, в свою очередь, ведет к изменению других абиотических и биотических факторов среды агроландшафта: изменяется микроклимат, повышается микробиологическая активность почвы, растет плодородие земель, улучшаются режим и качество поверхностных и грунтовых вод. Равномерное распределение снега на полях формирует снежный покров, защищающий озимые культуры от вымерзания.

Наиболее эффективное влияние лесополос на ветровой режим и связанные с ним изменения микроклимата ощутимы в их заветренной зоне, равной 20—25 высотам насаждений, а с наветренной стороны — 5—7 высотам. В агролесомелиорации также используют полукустарники и многолетние травы, которые в комплексе с лесополосами осуществляют фитомелиорацию сельскохозяйственных угодий.

Благодаря системе лесных полос урожайность сельскохозяйственных культур повышается на 0,2—0,3 т/га.

В зависимости от назначения, а также от местоположения защитные лесные насаждения на землях сельскохозяйственных предприятий объединяют в следующие группы.

1. Полезащитные лесные полосы на пахотных неорошаемых землях. Снижают скорость ветра и задерживают на полях снег, повышают влажность и плодородие почвы, уменьшают испарение влаги, препятствуют развеиванию почв.

2. Стокорегулирующие (снегораспределительные) лесные полосы на склонах. Способствуют равномерному снегораспределению и регулированию поверхностного стока, уменьшению смыва и размыва почвы.

3. Прибалочные и приовражные лесные полосы, насаждения по днищам оврагов и балок. Скрепляют почву и грунт, способствуют коль-матажу твердого стока, препятствуют размыву почвы, улучшают микроклимат, благоприятствуют хозяйственному использованию малопродуктивных земель.

4. Лесные полосы на орошаемых землях, вдоль оросительных и сбросных каналов. Сокращают потери воды на испарение, уменьшают скорость ветра, ослабляют процессы вторичного засоления, предохраняют каналы от заноса песком и мелкоземом.

5. Зоолесомелиоративные насаждения — пастбищные полосы, мелиоративно-кормовые пастбищные насаждения, фермозащитные насаждения, зеленые (древесные) зонты, затишковые насаждения вдоль скотопрогонных трасс и др. Создаются на пастбищах аридной зоны, у ферм и кошар, животноводческих комплексов, в местах отдыха скота и т. д. Они являются важным фактором повышения продуктивности пастбищ, создания зон комфорта для выпаса и отдыха животных в суровых природных условиях, защиты ферм и кошар от заносов пылью и мелкоземом.

6. Насаждения на песках. Укрепление голых подвижных песков комплексом фито- и лесомелиоративных мероприятий в целях использования их под виноградники, сады, бахчи, а также строго регулируемые пастбища —под выпас стад. Наиболее целесообразен зимний выпас скота на закрепленных песках. Массивные лесные насаждения создают в степной зоне на тракторопроходимых участках со слабо- и среднеразвиваемыми песчаными и супесчаными почвами, непригодными или малопригодными для использования под сельскохозяйственные культуры. В полупустынях и пустынях используют локальное (оазисное) лесоразведение.

7. Защитные насаждения вдоль железных и шоссейных дорог. Создают для защиты дорог от заносов снегом, а летом — песком и мелкоземом.

8. Лесонасаждения оздоровляющего типа. Создают в местах, подверженных влиянию маломощных источников загрязнения атмосферного воздуха, на расстоянии от локальных источников выбросов от 30 до 50 м, а также на расстоянии 500—1000 м от санитарно-защитных зон мощных источников, сопряженных с сельскохозяйственными угодьями.

На крайнем юго-востоке на комплексных засоленных почвах полупустыни, которые продолжают использовать под пашню, полезащитные лесные полосы следует выращивать исключительно из кустарников, а защитное лесоразведение должно носить в основном локальный, оазисный характер.

Для усиления защитного влияния лесных полос различного назначения на полевые угодья необходимо увеличить площадь насаждений на 9,5 млн га, в Том числе на пашне на 1,7 млн га.

Особого внимания требует создание стокорегулирующих, приовражных, прибалочных лесных полос, а также насаждений по днищам балок и оврагов. Насаждения этого вида в условиях неровного рельефа и контурных лесных полос на пашне должны получить преимущественное развитие и являются здесь единственной альтернативой принятой классической прямолинейной сети лесных полос.

Стокорегулирующие лесные полосы. Создают по горизонталям местности выше зоны размывов. Ширина их при сочетании с гидротехническими сооружениями 9—15 м; на склонах до 2° для усиления водопоглотительной и кольматирующей роли этих полос проводят обвалование по нижней опушке. При крутизне 2—4° по нижней опушке или в нижнем междурядье устраивают валы-канавы. Водопоглощающая роль обвалованных лесополос возрастает в 3—4 раза, при этом их ширину можно сократить до двух рядов. Расстояние между обвалованными лесными полосами составляет на склонах: 2—3° — 350—400 м, 3—3,5° —300 м, 4—6° — до 100— 200 м.

Прибалочные и приовражные лесные полосы. Выращивают шириной 12—21 м. Водорегулирующие и прибалочные лесные полосы должны быть ветронепроницаемыми, а приовражные — плотными или умеренно плотными. В ряды приовражных лесных полос высаживают корнеотпрысковые кустарники.

Илофильтры из лесных культур по днищам балок и оврагов. Их высаживают в виде лент шириной 20—50 м. Полосы между лентами засевают травами. Илофильтры создают из тополей и кустарниковых ив. Дно широких балок полностью облесять не следует, необходимо оставлять свободный проход для воды. Целесообразно выращивать илофильтры одновременно с сооружением земляных запруд.

Лесомелиорация — один из мощных элементов противоэрозион-ного комплекса. Однако только лес водную эрозию не остановит. Облесение оврагов и балок, создание защитных полос и другие приемы лесомелиорации эффективны лишь в сочетании с агротехническими противоэрозионными мероприятиями. Иначе говоря, необходимо переходить на адаптивное природопользование, где каждому экотипу соответствуют свои методы мелиорации, в том числе лесомелиорации, своя ротация сельскохозяйственных культур, своя агротехника.

Кулисные насаждения. Закладывают на песках с пресными и слабоминерализованными грунтовыми водами, залегающими на глубине до 5 м. Основные породы — различные виды тополей, акация белая, вяз приземистый. Некоторые породы могут произрастать при высокой минерализации грунтовых вод (клен ясенелистный, лох узколистный, тамариск, джузгун, кандым, акация песчаная, саксаул черный). Эти породы хорошо растут и при глубоком уровне залегания грунтовых вод.

Колковые насаждения. Создают в котловинах с доступными грунтовыми пресными и слабоминерализованными водами. Главные породы в полупустынной и пустынной зонах -- тополя, акация белая, вяз приземистый. Лох узколистный хорошо растет при достаточных запасах влаги на засоленных почвах. Здесь также можно выращивать тополь гибридный (пирамидальный, осокорь), саксаул черный и белый, акацию белую, грушу лесную, шелковицу, гледе-чию, айлант.

В полупустыне и пустыне основные задачи защитных лесонасаждений — удовлетворение потребностей животноводства в кормах и создание благоприятных условий для нагула и отдыха скота.

Для повышения эффективности животноводства создают пастбищезащитные, мелиоративно-кормовые пастбищные, прифермс-кие и прикошарные насаждения, зеленые (древесные) зонты и за-тишковые насаждения.

Пастбищезащитные лесные насаждения. Создают в районах пастбищного и отгонного животноводства с целью повышения продуктивности пастбищ. Посадка пастбищезащитных лесных полос способствует внедрению пастбищеоборотов и участковой пастьбы скота.

Мелиоративно-кормовые пастбищные насаждения. Создают в межполосном пространстве из хорошо поедаемых кустарников, полукустарников и древесной растительности. Развивая мощную многоярусную корневую систему, растения хорошо осваивают большую толщу почвогрунта. Мелиоративно-кормовые насаждения значительно дольше вегетируют, чем естественные травы, дают лучше поедаемую биомассу в виде побегов и листьев. Кормовые насаждения оказывают благоприятное влияние на микроклимат, надежно защищая почву от ветровой эрозии, животных от ветра и других неблагоприятных погодных явлений. Они способствуют улучшению санитарно-гигиенического режима пастбищ, удлиняют пастбищный период и повышают продуктивность стада.

Кормовые насаждения. Выращивают чаще всего в виде кулис шириной 15—25 м с таким же межкулисным расстоянием. Посадка рядовая сеянцами. Ширина междурядий 2,5—3 м, расстояние между сеянцами в ряду 1—1,5 м. Породы — лох узколистный, саксаул черный, смородина, вяз приземистый, джузгун, акация белая и др. Осе-нью овцы охотно поедают опад побегов и плодов саксаула черного. Летом они откусывают молодые побеги саксаула, содержащие до 70 % воды, благодаря чему восполняют потребности в воде. Между кулисами высевают прутняк, полынь, астрагал, терескен, камфо-росму идр.

Кулисное размещение насаждений у ферм и кошар. Необходимо для надежной защиты ферм и кошар от заносов пескожи пылью, а зимой—снегом. Ширина кулис не должна превышать 15—20 м, а вместе с межкулисными пространствами — 50—60 м(. Эти насаждения устраняют и неприятные запахи от животноводческих ферм и комплексов.

Зеленые зонты. Защищают животных от изнуряющей жары, улучшают терморегуляцию организма, способствуют увеличению продуктивности животных, уменьшению отхода молодняка.

Зеленые (древесные) зонты выращивают в виде куртин общей площадью 0,5—1,2 га. Под защитой зонтов может отдыхать отара овец в 600—1300 голов, гурт крупного рогатого скота в 120—200 голов. Лучшие местоположения для зеленых зонтов — понижения и лощины, периодически увлажняемые талыми водами.

Зеленые (древесные) зонты создают, как правило, в местах, где можно копать колодцы с пресной водой. Животные, возвратившись с пастбища, после водопоя охотно располагаются для отдыха в тени зеленых зонтов.

Затишковые насаждения. Создают в виде плотных полос. Закладывать их предпочтительнее в ложбинах и понижениях. Затишки можно создавать по Т-образной схеме; в виде двух взаимно пересекающихся полос, расходящихся под углом 120°, и др. Каждый затишек способен обслуживать пастбища в радиусе 3—5 км.

Декоративная зелень оздоровляющего типа. Это обязательный элемент города и села. Зеленые насаждения задерживают от 21 до 86 % пыли и уменьшают загрязнение воздуха микробами на 19— 44 %.

В городские и сельские посадки наряду с местными породами следует шире вводить каштан конский, березу повислук» и бумажную, акацию новомексиканскую, пирамидальную форму дуба че-решчатого, дуб красный, иву плакучую, катальпу, клены (полевой, приречный, серебристый, Семенова), клен-явор, липу, софору японскую, разные тополя. Видовое разнообразие древесно-кустарниковых посадок укрепляет биоценоз.

При подборе ассортимента для насаждений оздоровляющего типа следует иметь в виду, что наиболее устойчивыми к загрязнению атмосферного воздуха, а также к тяжелым эдафическим условиям являются кустарники. Древесные породы менее устойчивы, причем лиственные устойчивее хвойных.

4.8. ПАСЕКА КАК ЭКОСИСТЕМА И ЕЕ ВЛИЯНИЕ НА АГРАРНЫЙ ЛАНДШАФТ

Пасека — это участок, на котором расположены ульи с медоносными пчелами. Она ограждена кустарниками и невысокими деревьями. С экологической точки зрения пасека представляет собой экологическую систему (пасечный биогеоценоз), в которой главным биотическим компонентом является популяция пчел.

Структура и функции популяции пчел своеобразны. Популяция пчел состоит из групп специализированных особей, выполняющих строго определенные функции. Особь одной группы называется рабочей пчелой, другой — трутнем, третьей — маткой. Рабочие пчелы меньше матки и трутня, имеют недоразвитый половой аппарат, не могут спариваться с трутнями и откладывать оплодотворенные яйца. Они выполняют самую разнообразную работу, связанную с жизнью пчелиной семьи: заняты постройкой и охраной гнезд, сбором и заготовкой корма, воспитанием потомства.

Трутни выполняют функцию спаривания с маткой. Матка откладывает яйца, из которых выводятся пчелы. Разная специализация тесно связанных особей, составляющих популяцию пчел, — важное эволюционное приобретение. Выполнение каждой популяционной группой определенных функций обеспечивает работу популяции как целостной биологической системы надорганизменно-го уровня.

Пчелы — компонент и фактор биогеоценоза, играющий ведущую роль в опылении цветковых растений. Они выполняют экологическую функцию связи между пасекой, с одной стороны, лесами, лесными полосами, лугами, садами, полями — с другой. Межбиоге-оценозная миграция пчел связана со сбором и заготовкой ими корма. Заготовкой кормовых продуктов они занимаются в лесонасаждениях, садах, на полях, главным образом в посевах растений-медоносов.

Во время сбора корма они опыляют дикие растения, например липу и сельскохозяйственные культуры (гречиху и др.). Из плодово-ягодных насаждений пчелы опыляют абрикос, яблоню, грушу, сливу, малину. Большинство сортов семечковых и косточковых пород нуждается в перекрестном опылении. Отдельные сорта без опылителя при обильном цветении совсем не завязывают плодов. Даже самоплодные сорта плодовых пород и ягодников увеличивают урожай при перекрестном опылении. Этому во многом способствуют пчелы.

На 1 га сада требуется от двух до четырех пчелосемей. В уплотненных плодовых насаждениях интенсивного типа, где ряды деревьев представляют сплошную стену, а пчелы склонны летать вдоль ряда, количество пчелосемей увеличивают в 1,5—2 раза. Из овощных культур пчелы опыляют капусту, перец, дыню, арбуз, томат, из корне- и клубнеплодов — редис, морковь, брюкву, турнепс, из кормовых — люцерну, клевер и др. '

Опыление пчелами оказывает существенное влияние на воспроизводительную функцию популяций растений-энтомофилов, их биологическую продуктивность. В регионах интенсивного растениеводства созданы крупные пасеки-фермы на 500—800 пчелосемей. Их основным назначением является опыление пчелами сельскохозяйственных культур для повышения урожайности. От пчелоопы-ления благодаря повышению урожая сельскохозяйственных культур получают намного больше дохода, чем от прямой пчеловодческой продукции (мед и воск).

Однако проблема опыления энтомофильных культур обострилась после массовой распашки целинно-залежных земель, а также в результате интенсивного применения пестицидов. Во многих степных районах энтомофильные культуры обеспечены опылением только на 5—20 %. Особенно это проявляется при крупных полях, центр которых пчелы посещают с большим трудом. Если поля имеют длину свыше 1 км, то подвозят две пасеки к обоим концам посева (встречное опыление).

Для успешного пчелоопыления рекомендуют следующие размеры пасек: для гречихи — 2,5 семьи пчел на 1 га посева, эспарцета — 3—4, подсолнечника — 1, плодово-ягодных культур — 60—75 семей пчел на каждые 25 га насаждений, для семенников клевера площадью до 50 га — 10—20 семей пчел при обязательном применении «дрессировки», которую используют при слабом выделении нектара цветками опыляемых растений, из-за чего пчелы плохо посещают их. «Дрессировка» пчел на опыление позволяет увеличить посещаемость пчелами этих растений. Сущность ее заключается в подкормках пчел сиропом, настоянным на цветках опыляемых растений.

Защитные лесные насаждения служат местом обитания большого количества диких одиночных пчел, устраивающих свои гнезда в необрабатываемой под ними почве (Мельниченко). Численность этих насекомых возрастает также при наличии в лесных полосах нектароносных и пыльценосных древесных “Пород. Роль

одиночных пчел и шмелей — ведущая в опылении многих культурных растений, особенно дикорастущих. Люцерна, в частности, опыляется главным образом дикими одиночными пчелами.

Кроме того, как показали исследования, проведенные в колхозе «Деминекий» Волгоградской области, под мелиоративным влиянием лесонасаждений увеличивается медоносность энтомофильных культур на 40—45 %. Все это способствует увеличению численности насекомых-опылителей на защищенных лесными полосами полях с энтомофильными культурами в среднем в 1—1,5 раза. Особенно эффективно на увеличение медопродуктивности влияет система лесных полос на полях, которая создает более благоприятные условия для пчел, чем одиночные полосы.

Внесение удобрений усиливает влияние лесополос на некта-ропродуктивность энтомофильных культур. Так, в 1988 г. в том же колхозе нектаропродуктивность подсолнечника под защитой системы лесных полос от внесения азотных и фосфорных удобрений возросла на 11,3 кг/га, а от микроудобрений (борного, марганцевого, цинкового и магниевого) в рекомендуемых дозах — на 9,0 кг/га. На не защищенном лесными полосами поле эффект удобрений был ниже и составил соответственно 2,3 и 6,2 кг/га.

Таким образом, для оптимизации агробиологического потенциала лесных полос как фактора, способствующего развитию многовидовой опылительной энтомофауны и энтомофагов, в насаждения следует вводить без ущерба для их основного мелиоративного назначения в возможно большем количестве разные по срокам цветения ценные нектароносные и пыльценосные древесные и кустарниковые породы. Благодаря этому они активно участвуют в формировании устойчивого кормового конвейера для этих насекомых и способствуют более полной реализации возможной (потенциальной) урожайности энтомофильных и других культур в соответствии с занимаемой ими экологической нишей.

Наиболее медоносными и пыльценосными видами деревьев и кустарников в защитных лесных насаждениях на черноземах и каштановых почвах в зоне Поволжья являются клен полевой, акация белая, кизильник многоцветковый, липа мелколистная и крупнолистная. Они имеют высокую медоносность — от 300 до 1000 кг/га. У других пород, таких, как ива козья, ушастая, серая, клен татарский, клен остролистный, бирючина обыкновенная, акация желтая, медоносность значительно более низкая — от 100 до 250 кг/га.

Для охраны пчел от воздействия пестицидов необходимо вывозить пасеки на расстояние не менее 5 км от обрабатываемых участков или изолировать их любыми способами сроком до 5 суток в зависимости от свойств применяемых препаратов. В этом случае следует применять наименее опасные для пчел препараты, а обработку проводить в поздние вечерние часы или в периоды минимальной активности пчелиных. На посевах люцерны все обработки инсектицидами завершают с началом цветения.

Пестициды при неправильном их применении на полях и в садах способствуют гибели пчел. Известно много примеров, когда использование пестицидов в период цветения медоносных растений (запрещенное инструкциями) приводило к гибели десятков тысяч пчелиных семей.

Наибольшее развитие пчеловодство в России получило в Поволжье, на Северном Кавказе и в ряде районов Сибири и Дальнего Востока. Передовики-пчеловоды получают здесь в среднем более 100 кг меда с каждой пчелиной семьи.

4.9. ИЗМЕНЕНИЕ АГРАРНЫХ ЛАНДШАФТОВ ПОД ВЛИЯНИЕМ ВОДНЫХ ЭКОСИСТЕМ

Океаны, моря, озера, реки, водохранилища и другие природные и антропогенные водные экосистемы рассматривают как системообразующие компоненты биосферы. Если бы на Земле не было воды, то на ней не возникла бы жизнь, не сформировалась бы биосфера.

Водные экосистемы (биогеоценозы) оказывают существенное влияние на природно-климатические условия материков, в том числе аграрные ландшафты, на их составные компоненты: агро-биогеоценозы, ферменные и пастбищные БГЦ, лесные полосы. Круговорот воды определяет состояние водных экосистем, режим влажности атмосферы, педосферы и тем самым влияет на рост и развитие растений и животных, формирование их сообществ.

Взаимосвязи между водными экосистемами и биогеоценозами аграрных ландшафтов проявляются в разнообразных формах. Одна из них — влияние водоема на микро- и мезоклимат прилегающей к нему территории. Вокруг морей и океанов формируется морской (океанический) климат, который обычно значительно мягче континентального. Океаны и моря, водохранилища и другие водоемы в той или иной мере повышают влажность воздуха, сглаживают суточные и сезонные перепады температур.

Другая форма воздействий водных экосистем на сухопутные биогеоценозы — вынос воды, органических и минеральных веществ из водоемов на сушу. Органические вещества, минеральные соли и иные материалы (в том числе организмы) могут выноситься на побережье при приливах в морях и океанах и при разливах рек. Давно подмечено, что питательные вещества, выносимые речной водой в пойму, резко повышают плодородие пойменных почв. Знаменитые древние земледельческие цивилизации возникали и процветали в поймах рек: месопотамская — в долинах рек Тигра и Евфрата, египетская — в бассейне Нила, китайская"'— по рекам

Хуанхе и Янцзы, индийская — по Гангу и Инду. О высоком плодородии пойменных почв на Ниле красноречиво свидетельствует древний афоризм: «Плодородие Египта — в Ниле, плодородие Нила — в иле».

Человек не только использовал природные механизмы межбио-геоценозных взаимосвязей между рекой и ее поймой, но и активно вмешивался в процесс взаимодействия между водоемами, с одной стороны, полями, садами, плантациями — с другой. В глубокой древности человек научился управлять водными ресурсами с помощью территориального перераспределения стока. Исторический опыт показал, что «обводнение» пустынь путем создания сети оросительных каналов, арыков, прудов, водохранилищ благоприятно изменяет природно-климатические условия, способствует формированию «оазисных» высокопродуктивных сельскохозяйственных угодий. В оазисах Турганской долины (Средняя Азия) отмечено повышение влажности воздуха, водного режима почв, их плодородия. Экстремальные температурные колебания сглаживаются. Летняя жара ослабевает. Летом температура снижается (на 3—4 °С), а зимой, наоборот, повышается (до 1 °С). Условия для роста и развития растительности улучшаются. На территории оазисов созданы высокопродуктивные агробиогеоценозы хлопчатника, овощебахчевых культур, плантации винограда, насаждения плодовых деревьев, грецкого ореха, чинары, карагача и др. Здесь же развивается животноводство.

Земледельцы научились создавать ирригационные системы, позволяющие рационально и эффективно использовать воду. В последние десятилетия происходило быстрое расширение площадей орошаемого земледелия. Орошение не только применяли в зонах сухого климата, но и использовали в регионах с влажным климатом при возделывании специфических культур, требующих большого количества влаги (например, рис). Поливные земли дают высокие урожаи сельскохозяйственных культур и кормовых трав. Однако при избыточных дозах полива, особенно при несбалансированности в почве элементов минерального питания, качество зерна и семян озимой пшеницы резко снижается (Попов).

Орошаемое земледелие влияет на водный баланс наземных и водных экосистем. В неорошаемых агроэкосистемах и травяных биогеоценозах распределение влаги происходит в соответствии с зональными закономерностями. В регионах орошаемого земледелия наблюдают иную картину: в них в определенные периоды года водозабор бывает настолько велик, что водный баланс существенно нарушается. Из-за забора непомерно большой массы воды может произойти обмеление рек и даже их пересыхание. Например, Амударья не доходит сейчас до Аральского моря. Уровень Аральского моря снизился, условия для жизни его обитателей резко ухудшились. Отмечено негативное изменение природы вокруг Арала, что грозит региональной экологической катастрофой.

Водный баланс может изменяться и в экосистемах, подвергнутых орошению. В них могут возникнуть подъем грунтовых вод и заболачивание обширных территорий. Резко выраженное подтопление и заболачивание земель отмечают при сооружении плотин, водохранилищ, других крупных водных экосистем. Во вновь образованных водных объектах развиваются процессы, связанные с подпором грунтовых вод и их усиленной инфильтрацией из водоема в прилегающие земли. Подтопление и заболачивание территорий могут распространяться на десятки и сотни километров от водоема.

В регионах сухого климата нередко развивается вторичноезасо-ление почв. Это связано с испарением поднявшейся к поверхности почвенного покрова воды, увеличением концентрации растворенных в ней солей. Соли пропитывают почву, ее физико-химические свойства изменяются, плодородие снижается. Соли, особенно натриевые, обладают токсическим действием. Рост и развитие многих видов растений нарушаются, они выпадают из фитоценоза. В ряде жарких засушливых регионов вторичное засоление почв широко распространено, что наносит большой ущерб развитию растениеводства (и животноводства).

Воду широко используют в пастбищных и ферменных биогеоценозах для поения животных, в антропогеоценозах — для удовлетворения разнообразных потребностей людей. Из водных экосистем в наземные мигрируют вещества по биогеохимической пищевой цепи вода -> ил -> растения (водные) -> животные (водные, земноводные, сухопутные). Масштабы миграции веществ по трофическому пути, по-видимому, невелики, но они играют существенную биогеоценотическую роль.

Известен путь миграции веществ из водоемов на сушу с помощью организмов, цикл развития которых проходит и в водных, и в наземных экосистемах. Д. В. Панфилов установил, что личинки комаров, москитов, многих других видов насекомых, проходящих стадию развития в болотах и озерах, обладают способностью адсорбировать молекулы солей микроэлементов, растворенных в воде. Летом из личинок выводятся крылатые имаго. Они разлетаются, а осенью погибают на суше, возвращая почве со своими тельцами микроэлементы.

Миграция веществ из водоемов в наземные биогеоценозы осуществляется человеком в процессе его хозяйственной деятельности. Так, торф, добываемый в болотах, используется в агробиогеоценозах как органическое удобрение, в ферменных БГЦ — в качестве подстилки для животных. С навозом из ферменных БГЦ он может мигрировать в аграрные и пастбищные биогеоценозы для удобрения почв.

Продукты речного и морского лова — рыбу и т. д. — потребляют в антропогеоценозах в качестве пищи. Они нередко используются в ферменных и пастбищных БГЦ для подкормки сельскохозяйственных животных (и пушных зверей).

Следовательно, водные экосистемы играют жизненно важную роль в функционировании биогеоценозов агросферы.

4.10. СЛОЖНОСТЬ МЕЖБИОГЕОЦЕНОЗНЫХ СВЯЗЕЙ И ВЗАИМОДЕЙСТВИЙ

Межбиогеоценозные связи далеко не всегда носят двусторонний характер, как об этом говорилось ранее. В реальных условиях взаимосвязи и взаимодействия между биогеоценозами могут быть многообразнее и сложнее. Они нередко носят характер цепной реакции, суть которой в том, что биогеоценоз А, изменяясь, изменяет биогеоценоз Б, а тот, в свою очередь, влияет на биогеоценоз В и т. д. Классический пример межбиогеоценозных связей и взаимодействий описал еще Ч. Дарвин в книге «Происхождение видов». В этом фундаментальном труде показаны взаимосвязи и взаимозависимости между численностью кошек на селе и урожайностью лугового клевера на.полях. Чем больше кошек, тем меньше мышей. Чем меньше мышей, тем больше шмелей, так как мыши истребляют шмелиные соты и гнезда. Чем больше шмелей — опылителей клевера, тем выше урожайность этой культуры.

Приведем современный пример, связанный с использованием химических методов борьбы с вредителями сельскохозяйственных культур, возбудителями и переносчиками заразных болезней растений, животных и человека. Он убедительно свидетельствует о сложности взаимоотношений в ландшафтах как иерархически организованных экосистемах. В боливийском городе Сан-Жокен была проведена химическая кампания по борьбе с малярийными комарами — переносчиками возбудителей малярии человека. С этой целью жилые дома обработали ДДТ и дилдрином. Комары погибли. Но вместе с исчезновением комаров от токсикоза гибли и кошки. Кошки как животные чистоплотные постоянно очищают свое тело, облизывая шерстный покров. При этом они заглатывали упавших на них с потолка отравленных комаров. ДДТ попадал в организм кошек. Они заболевали и погибали от отравления. Из-за снижения численности кошек город «наводнили» мышевидные грызуны ляу-часы — вирусоносители тяжелого заболевания людей, получившего название «черный тиф». От эпидемии черного тифа в городе погибли более трехсот человек.

Другой случай отмечен на острове Борнео, где по планам Всемирной организации здравоохранения (ВОЗ) велась кампания по борьбе с малярией. Используя ДДТ, малярийных москитов уничтожали успешно. Но насекомые гибли не все. Среди них многие оказались стойкими к препарату. Уцелевших насекомых поедали живущие в домах ящерицы гекконы. Местное население относится к ним благосклонно: считается, что если чью-либо речь сопровождает верещанье геккона, значит, человек говорит правду. При поедании насекомых яд поступал в организм гекконов. Их двигательная активность снижалась, и они становились легкой добычей кошек. Кошки заболевали и погибали от отравления. Гибель кошек сопровождалась нашествием крыс — вирусоносителей многих болезней человека (и животных). Наряду с этим отмечено бурное размножение гусениц* которых раньше поедали их естественные враги гекконы. Кормом для гусениц служит тростник, которым покрыты жилища. Прожорливые гусеницы так изъели соломенные крыши, что условия для проживания людей в домах резко ухудшились. Такую сложную цепь событий один эколог назвал «пробуксовкой экологического колеса».

Одним из примеров сложности межбиогеоценозных связей являются работы, проведенные по преобразованию русла Верхнего Рейна. Эти работы, выполненные еще во второй половине XIX в. с целью спрямления искусственного русла, уменьшения длины реки и превращения ее в судоходную на всем протяжении, а также увеличения площади сельскохозяйственных угодий за счет осушения заболоченных земель, привели к нежелательным последствиям. Спрямление русла увеличило уклоны Верхнего Рейна, вследствие чего возросла средняя скорость его течения, что привело к глубинной эрозии, врезанию русла до 7 м. Соответственно опустился и уровень грунтовых вод всей Верхнерейнской долины, а это вызвало остепнение влажных пойменных лугов, гибель лесов на террасах. Плодородие почвы начало снижаться. Ухудшились условия водоснабжения населенных пунктов.

Один крупный американский фермер, писал Д. Л. Арманд, успешно развивал пастбищное животноводство. Для выпаса животных он использовал пойму небольшой реки, дававшую высокий урожай пастбищных трав. В реке водилась форель, лов которой давал дополнительный доход. Выпас животных сопровождался преобразованием видового состава пастбищной растительности с разрастанием сорняков. Сорные растения были уничтожены с помощью гербицидов, которые распылялись с самолета, от чего пострадала расположенная вдоль реки полоса леса. Лес выполнял водоохранные функции. В реке жили бобры. Деревья служили им кормом и материалом для постройки плотин. После гибели лесной полосы экосистему бобры покинули. Плотины, созданные бобрами, первым же паводком были снесены. Уровень воды в реке резко снизился. Вымерла форель. Луга лишились поемности. Урожай пастбищной растительности резко снизился. Животноводство, а затем и многоотраслевое фермерское хозяйство пришли в упадок.

Этот случай с точки зрения экологии представляет большой интерес, так как свидетельствует о наличии определенных закономерностей во взаимодействии и взаимозависимости разных форм биогеоценозов (промышленных, пастбищных, лесных, речных) и о необходимости строгого учета в практике сельского хозяйства особенностей межбиогеоценозных связей, существующих в аграрных ландшафтах.

Контрольные вопросы и задания

1. Какова экологическая роль межбиогеоценозных связей? 2. Чем характеризуются связи между природными БГЦ, сельскохозяйственными экосистемами, природными и аграрными ландшафтами? 3. Расскажите о влиянии антропогеоценозов на аграрные ландшафты. 4. Как влияют аграрные БГЦ на природные и сельскохозяйственные экосистемы? 5. Как влияют техногенные нарушения земель на наземные и водные экосистемы? 6. Как влияют животноводческие фермы и комплексы на аграрные ландшафты? 7. Как влияют леса на агробиогеоценозы, пастбищные и ферменные БГЦ? 8. Как влияют пасеки на аграрные БГЦ? 9. В чем сложность межбиогеоценозных связей в ландшафтах?

Глава 5

ОХРАНА, РЕГУЛЯЦИЯ И ОПТИМИЗАЦИЯ АГРАРНЫХ ЛАНДШАФТОВ

Термин «ландшафт» — международный. Он обозначает ту или иную местность, пейзаж, картину природы. Определение ландшафта как объекта исследования не везде понимается одинаково. В научной литературе на русском языке термином «ландшафт» чаще всего обозначался природно-территориальный комплекс. В Словакии под ландшафтом понимают не только природный территориальный комплекс, но и страну, родину. В Чехии ландшафт характеризовали как территориальное социально-экономическое и природное образование. Ландшафт, по П. Д. Ярошенко, — совокупность однотипных биогеоценозов: тундровых (тундровый ландшафт), таежных (таежный ландшафт), степных (степной ландшафт) и т. д.

Ландшафты подразделяют на природные и антропогенные. К антропогенным относят ландшафты техногенные, индустриальные, городские, сельскохозяйственные.

В. Тишлер аграрный ландшафт рассматривает как экосистему с более или менее очерченными границами. Аграрный ландшафт как системное образование состоит из экологических систем низшего ранга: полей, садов, огородов (агробиогеоценозов), лугов и пастбищ (лугопастбищных БГЦ), скотных дворов, ферм и животноводческих комплексов (скотоводческих систем — по Ю. Одуму, ферменных БГЦ — по терминологии, принятой в данной работе). Биогеоценозы аграрные, луговые, пастбищные и ферменные составляют образования взаимосвязанных природно-технических систем по производству продуктов растениеводства и животноводства. Максимум экологически чистой и сравнительно недорогой продукции может быть получен при научно обоснованном управлении аграрными ландшафтами.

Регуляция и оптимизация аграрных ландшафтов предполагает использование системно-экологического подхода в разработке следующих научно-прикладных направлений: 1) анализ состояния сельскохозяйственных экосистем, межбиогеоценозных связей; 2) прогнозирование — научно обоснованное суждение о возможных изменениях структуры и функции аграрных ландшафтов и их окружения; 3) принятие экологически обоснованных оптимальных решений.

Системный подход в сельскохозяйственной экологии заключается в исследовании полевых, пастбищно-луговых и ферменных биогеоценозов как системных образований, тесно связанных между собой и формирующих единую экологическую систему высокого уровня (аграрный ландшафт, агросферу).

В регуляции и оптимизации аграрного ландшафта особое внимание уделяют его охране от загрязнений, деградации его компонентов (почв ит. д.).

5.1. ОХРАНА АГРАРНЫХ ЛАНДШАФТОВ ОТ ЗАГРЯЗНЕНИЯ

Опасно загрязнение почвы тяжелыми металлами. Это может происходить при добыче их из недр в результате рассеивания в почвенном слое, а также при выбросах газов, бесхозяйственном размещении отходов, орошении сточными водами, внесении фосфорных и других видов удобрений, применении пестицидов и т. д. В тяжелых по гранулометрическому составу почвах, особенно если они не богаты гумусом, опасность адсорбции растениями избыточного количества тяжелых металлов меньше. Они входят в состав сложных комплексных соединений, слабо поддающихся разложению. Высокая емкость поглощения почвы и ее щелочная реакция способствуют прочному удержанию тяжелых металлов, что исключает возможность их усвоения растениями в токсичных концентрациях.

£К мерам борьбы с загрязнением почвы тяжелыми металлами относят известкование, внесение удобрений с щелочной реакцией. Из других способов снижения их уровня в почве можно рекомендо-вать!Глубокую вспашку с оборотом пласта, при которой на поверхность выворачиваются слои почвы с меньшим содержанием этих элементов. Можно выращивать растения, которые слабо реагируют на высокие концентрации в почве тяжелых металлов и не аккумулируют их в опасных количествах для животных и человека, например технические культуры.

Ученые Германии в последние годы разработали биологический способ очистки почв, загрязненных тяжелыми металлами. К растениям-мелиорантам относя/гречиху сахалинскую) Это быстрорастущее неприхотливое растение, способное поглотить за вегетацию с 1 га поля около 24 кг свинца, 1,3 кг кадмия, а также значительное количество цинка и других тяжелых металлов, очищая почву от этих нежелательных элементов. За вегетационный период проводят три укоса, собирая общий урожай этой культуры до 200 т/га, вывозят с поля и сжигают. Использовать ее на корм нежелательно. Таким образом, через 2 — 3 года с помощью гречихи сахалинской можно возвратить очищенную почву в сельскохозяйственный оборот.

Важную проблему представляет использование в качестве удобрений ила сточных вод, который может содержать тяжелые металлы. Приняты следующие предельные концентрации тяжелых металлов в иле сточных вод, мг/кг: цинк —2000, свинец— 1000, медь — 800, никель — 100, бор — 100, ртуть — 15, кадмий — 0,005.

Особое внимание следует уделять охране ландшафтов от бактериальных и паразитарных загрязнений, так как многие виды бактерий и паразитов являются возбудителями заразных болезней растений, животных и человека.

Источниками опасных бактериальных и паразитарных загрязнений служат стоки животноводческих ферм и комплексов, сточные воды мясокомбинатов, боен, убойных пунктов, кожевенных, шерстопрядильных и утилизационных заводов, биофабрик, ветеринарных пунктов, медицинских учреждений. В сточных водах обнаружены возбудители туберкулеза, бруцеллеза и других болезней животных и человека. Из очистных сооружений только ЗПО и поля фильтрации более или менее надежно очищают сточные воды от неспорогенных патогенных микроорганизмов (на 98—99 %). Эффективность остальных способов обеззараживания сточных вод значительно ниже. Поэтому возникает необходимость проведения специальных мероприятий по обезвреживанию отходов ветеринарных и медицинских учреждений, мясокомбинатов и других предприятий.

Эффективен термический метод обеззараживания отходов, но он дорогой и трудоемкий, поэтому его применяют редко. Используют химический метод обеззараживания сточных вод с помощью применения негашеной и хлорной извести, газообразного хлора. Хлор на яйца гельминтов не действует, и освобождение от них сточных вод возможно лишь при кипячении или использовании земледельческих полей орошения и фильтрации.

Методов обработки навозных стоков много, но ни один из них не считают универсальным и безоговорочно надежным. Твердый (подстилочный) навоз обеззараживают биотермически в навозохранилищах. Для обеззараживания жидких навозных стоков используют механические, физические, химические, биологические и комбинированные методы обработки. Неплохой результат получен от применения переменного электрического тока, пропускаемого через жижу, помещенную в емкость малого сечения. НИИ ветеринарной санитарии рекомендует обеззараживать жидкий навоз при помощи ионизирующего излучения (гамма-лучами).

Из химических средств, применяемых для обеззараживания жидкого навоза, наиболее эффективными считают формальдегид, параформ, кальцинированную соду, негашеную известь, тиазон.

Необходимо проводить мероприятия по очистке жидких и газообразных отходов промышленных предприятий. Для очистки загрязненных вод используют механические, физические, химические, биологические методы и т. д.

Механической очистке подвергают воду, загрязнённую мусором, частицами грунта, другими грубо- и мелкодисперсными агентами. Грубодисперсные примеси отделяют отстаиванием и флотацией, мелкодисперсные — фильтрованием. Твердые частицы величиной более 5 мм задерживаются решетками, мелкие — ситами. Для улавливания маслянистых веществ используют маслоуловители, нефти — нефтеловушки, смолы — смолоуловители и т. д. С помощью физико-химических методов очистки из сточных вод удаляют растворенные в них органические и неорганические соединения. Загрязняющие воду вещества осаждают с помощью гидролиза, электрогидролиза, ионного обмена, адсорбции, коагуляции, хлорирования, озонирования и т. д.

При использовании биологического метода загрязненную воду очищают с помощью микроорганизмов. В биологических прудах, аэротенках активизируется деятельность бактерий, простейших (инфузорий и т. д.), коловраток, червей и др. В биофильтрах сточные воды пропускают через слой крупнозернистого материала, покрытого бактериальной пленкой. Действующее начало — бактерии, которые осуществляют процесс биохимического окисления и таким образом очищают воду от загрязняющих веществ.

В процессе очистки хозяйственно-бытовых стоков образуются очищенная вода и осадок. Чистая вода может быть использована для орошения, осадок — для приготовления удобрений и кормовых добавок сельскохозяйственным животным.

Разрабатывают очистные сооружения, функционирующие по замкнутому циклу. Вода, проходя фазы пара и облаков, используется предприятием многократно. При таком прогрессивном методе очистки не только не загрязняются водоемы, но и вода расходуется экономно. Другой важный аспект охраны ландшафтов от загрязнений — очистка газообразных отходов предприятий. Для их очистки используют разные установки, среди которых наиболее совершенными считают электрофильтры.

Очистные сооружения позволяют не только предохранять среду от вредных газообразных соединений, но и улавливать некоторые ценные вещества, ранее выбрасываемые в атмосферу. Так, Д. Арманд отмечал, что на одном алюминиевом заводе были установлены воздухоочистительные фильтры, улавливающие 98 % ранее терявшегося фтора. Это позволило получать ежегодную дополнительную прибыль.

Рациональный путь охраны среды от загрязнений отходами — использование их в качестве вторичного сырья. Общепризнано, что все страны, в первую очередь индустриальные, должны развиваться в направлении «утилизированного общества», в котором все материалы будут потребляться многократно. Использование отходов в качестве сырья для производства необходимых для хозяйства продуктов имеет не только природоохранное, но и экономическое значение. Так, сбор и переработка металлолома могут обеспечить потребности сталелитейной промышленности приблизительно на 75 % (Рихтер). Золу электростанций можно использовать для изготовления промышленных материалов и рекультивации нарушенных земель.

Назрела необходимость создания предприятий, работающих по принципу природных биогеоценозов, т. е. безотходных производств. Природные биогеоценозы «работают» безостановочно сотни миллионов лет. Но в естественной среде никаких вредных отходов не накапливается. Это происходит потому, что природа гармонична, все циркулирующие в ней вещества, пройдя по сложным пищевым цепям, побывав в чередующихся фазах жизни и смерти, продолжают свое безостановочное движение в биотическом круговороте. Деятельность человека в ряде случаев нарушила гармонию природных процессов, разорвала биотический круговорот. Большинство промышленных и аграрных предприятий работает в последовательности сырье — изделие — отходы. Здесь нет замыкающей стадии отходы — сырье, когда отходы должны служить сырьем для производства новых изделий. Уже получены данные, свидетельствующие о возможности создания бессточных и беструбных предприятий.

Остается актуальной проблема охраны среды от загрязнений пестицидами. Для профилактики пестицидных отравлений людей и животных необходимо строгое соблюдение утвержденных санитарных правил по технике безопасности при хранении, транспортировке и применении пестицидов в сельском хозяйстве.

При химических обработках сельскохозяйственных угодий следует учитывать необходимость сохранения энтомофагов — естественных врагов насекомых-вредителей. Большое значение имеет определение сроков применения пестицидов в зависимости от циклов развития вредителей и их естественных врагов. Рациональный выбор времени химических обработок может обеспечить уничтожение вредных насекомых при максимальном сохранении их естественных врагов. Следует пользоваться такими пестицидами, которые бы уничтожали вредителей, не нанося вреда другим организмам и не нарушая биологического равновесия в природе. До сих пор, по существу, нет таких пестицидов, которые были бы ядовиты только для определенного вида и не устраняли бы опасности для жизни. Поэтому необходимы эффективные нехимические методы борьбы с вредителями сельского хозяйства. Возрастает популярность интегрированной борьбы с вредителями.

Для разработки методов интегрированной защиты растений и животных требуется несравненно более глубокий экологический фундамент, чем для традиционных химических средств уничтожения вредителей.

Программа интегрированной борьбы с вредителями предполагает:

ограничение уничтожения вредителей с помощью^ химических методов; по возможности использование только селективных химических средств, позволяющих перейти от полного истребления к регулированию организмов в сообществе;

повышение естественных механизмов регуляции численности вредителей (например, изменением существующей агротехники при защите растений);

проведение селекционной работы с целью выведения сортов сельскохозяйственных культур и пород домашних животных, устойчивых к заболеваниям;

замену пестицидов биологическими средствами подавления вредных организмов.

Биологические методы борьбы с вредителями основаны на подавлении роста и развития одного вида растений другим, насекомых одного вида насекомыми другого. Например, жук родолия уничтожает вредителя цитрусовых ицерию, наездник афелинус — кровяную тлю и т. д. Борьба происходит между растениями, между гельминтами и растениями, между бактериями, червями, растениями и т. д. Мир антагонистов велик и разнообразен, и возможности разработки биологических методов далеко не исчерпаны. К разработке биологических методов привлекают различных специалистов: экологов, агрономов, физиологов, биохимиков, микробиологов, вирусологов и др.

Полезных насекомых, уничтожающих вредителей, искусственно разводят в специальных лабораториях и на заводах. Так, в десятках лабораторий выводят трихограмму, жука криптелемуса. Выращивают возбудителей болезней вредителей — грибы, бактерии и вирусы, а потом распространяют их в природе. Вредители заболевают и гибнут.

Л. С. Серебровский еще в 30-х годах высказывал идею о генетической борьбе с вредителями. Суть ее в том, что в лабораторных условиях разводят самцов-вредителей. С помощью рентгеновских лучей их стерилизуют и выпускают в природу. Способные спариваться, но неспособные оплодотворять самок облученные самцы становятся конкурентами нормальных самцов. В течение нескольких лет этим способом на острове Кюрасяо уничтожили вредителя — муху каллитрогу, сосущую кровь у крупного рогатого скота.

Среди биологических методов борьбы с вредителями широкое распространение получило применение энтобактерина против комплекса листогрызущих вредителей капусты, плодово-ягодных культур, садово-парковых насаждений и леса. Энтобактерин применяют и для борьбы с личинками кровососущих комаров — переносчиков многих заразных болезней людей и животных (Селиванова).

При биологическом методе борьбы с вредителями сельского хозяйства используют феромоны — химические соединения, выделяемые организмами во внешнюю среду. Они обладают большой специфичностью и внутривидовой информативностью. У организмов, воспринимающих феромоны, возникают специфические физиологические и отологические реакции. С помощью феромонов осуществляется коммуникация между половыми партнерами, обеспечивающая встречу насекомых, разделенных пространством. Наряду с половыми имеются феромоны другого жизненного назначения: агрегации, следования, тревоги и т. д.

Существует два способа использования феромонов против насекомых. Первый из них основан на привлечении половыми феромонами самцов в специальные ловушки. Отловленные насекомые уничтожаются, а самки, оставшись без половых партнеров, остаются неоплод отворенными. Воспроизводительная функция популяции подрывается, и численность насекомых-вредителей сельскохозяйственных культур снижается. Урожай сохраняется, и эффективность сельскохозяйственного производства возрастает. Второй способ биологической борьбы с вредителями — насыщение воздуха искусственными феромонами. В результате мер подобного рода создаются неблагоприятные условия для развития и размножения насекомых, так как они утрачивают способность отыскивать источники жизненно важных естественных феромонов.

5.2. ОХРАНА ЗЕМЕЛЬ ОТ ДЕГРАДАЦИИ

В системе мероприятий, направленных против водной эрозии почв, важное значение приобрела безотвальная глубокая пахота. Сконструированные принципиально новые машины не оборачивают пласт почвы, а лишь разрыхляют его. После вспашки почва больше вбирает в себя воды и дольше ее удерживает. Условия для роста и развития растений улучшаются, и они надежнее защищают почву от смыва. При агротехнической обработке поля вспашку почвы проводят поперек склона. Поперечная вспашка — агротехнический прием, способствующий аккумуляции и задержанию воды на склонах. Однако на крутых склонах (6—10°) поперечная пахота не может обеспечить надежную задержку дождевых и талых вод. Поэтому ее дополняют созданием искусственного противоэрозионного микрорельефа (с лунками, прерывистыми бороздами). Если рельеф холмистый, то поперечная вспашка непригодна.

В сложном холмистом рельефе прямолинейные тракторные гоны могут совпадать с направлением вторичных склонов или лощин. Процесс водной эрозии в этих случаях не ослабляется, а наоборот, усиливается. В связи с этим возникает необходимость проводить пахоту по горизонтали. Направление горизонтали определяют нивелиром, отыскивая точки одинаковых высот и отмечая их вешками, указывающими искомую линию. По этой линии прокладывают первую борозду. Последующие проходы плуга располагают параллельно первой борозде.

Движение пахотного агрегата по контуру горизойтали легло в основу названия метода — контурная обработка почв, которую проводят с целью предохранения их от эрозии. Этот метод получил широкое распространение во многих странах мира.

Для предупреждения водной эрозии, связанной с ирригацией, проводят полив по бороздам, глубину и длительность которых определяют в зависимости от особенностей почв, уклона поверхности полевого участка и других экологических факторов.

Для борьбы с оврагообразованием сооружают водоотводные валы, лотки, перемычки из валежника. В эрозионно опасных местах проводят щелевание почвы. Расположенные поперек склона щели перехватывают значительное количество поверхностного стока. Учитывая особенности эродированное™ почв, для каждого поля определяют соответствующую технологию возделывания сельскохозяйственных культур и кормовых трав. По степени защиты почв от эрозии культуры бывают: слабого смыва — многолетние травы; среднего смыва — яровые зерновые и озимые; сильного смыва — пропашные. В комплексе противоэрозионных мероприятий предусматривают применение почвозащитных севооборотов, эффективность которых повыщается при полосном расположении посевов. Культуры, размещенные поперек склона полосами 25 м, обеспечивают устойчивость почв к эрозии при снеготаянии, дождях и ливнях. На склонах 5—7° посевы пропашных культур рекомендуют сокращать до минимума, а на склонах большей крутизны — увеличивать долю многолетних трав. Крутые склоны отводят для создания лесных полос, а те, которые расчленены густой сетью оврагов, подвергают сплошному облесению. Ослабления эрозии достигают мульчированием почв (некондиционной соломой), оставлением на полях стерни. Мульча и стерня задерживают снег, уменьшают глубину промерзания почвы, что способствует лучшему впитыванию талых вод и, следовательно, снижению поверхностного стока.

В комплексе мероприятий по предотвращению ветровой эрозии предусматривают защиту полевого участка от действия ветра, охрану почвенного покрова от иссушения, так как влажная почва более прочна и не поддается дефляции. Развитию ветровой эрозии препятствуют леса и лесные полосы, способствующие снижению силы и скорости ветров.

На песчаных почвах, подверженных дефляции, площади под многолетними травами целесообразно доводить до 50 % (Бакулин). Рекомендуют проводить узкорядные и перекрестные посевы, так как равномерное распределение растений по площади обеспечивает надежную защиту почвы от эрозии. В борьбе с ветровой эрозией существенную роль играют кулисы из высокостебельных растений (подсолнечника, кукурузы, горчицы). Они улучшают процесс задержания снега и тем самым способствуют охране Почв от ветровой эрозии. Ветровая эрозия ослабляется при мульчировании почв.

Регуляцию и оптимизацию ландшафтов осуществляют при помощи осушения переувлажненных, заболоченных территорий, орошения слабообводненных, восстановления (рекультивации) нарушенных земель и т. д.

Осушение — комплекс мероприятий по удалению излишней воды из почв и горных пород. Его проводят гидротехническими и фитомелиоративными методами. При гидротехнической мелиорации осуществляют закладку дрен, что улучшает сток воды. При осушительной фитомелиорации уровень грунтовых вод снижают с помощью отсоса корнями влаголюбивых растений. Осушение земель не должно приводить к переосушению ландшафта и негативным изменениям в природе. В некоторых местах, где влажность земель резко колеблется в период вегетации растений или по годам,проводят осушительно-обводнительную мелиорацию.

Орошение — искусственное увлажнение земель с целью регулирования водно-солевого состава почв и обеспечения потребностей растений во влаге. Его проводят в форме дождевания, по бороздам, сплошного напуска и т. д. Наиболее экономно капельное орошение, при котором вода подается небольшими-порциями непосредственно к корневым системам растений (через отверстия специальных водопроводных шлангов, путем «выпотевания» влаги через стенку керамических труб).

Ландшафты, нарушенные при добыче полезных ископаемых (угля, торфа и др.), рекультивируют. Проводят комплекс мероприятий по восстановлению хозяйственной, санитарно-гигиенической и эстетической ценности нарушенных земель. Процесс рекультивации земель состоит из двух этапов. На первом этапе проводят техническую рекультивацию, включающую планировку поверхности отвалов, засыпку карьеров, рвов, рытвин, выравнивание поверхности ландшафта, формирование плодородного слоя грунта. Затем следует второй этап — работы по биологической рекультивации. Биологическая рекультивация — комплекс агротехнических и фитомелиоративных мероприятий, направленных на восстановление растительности, поселение связанных с ней микроорганизмов, червей, насекомых, птиц, млекопитающих. В регуляции и оптимизации аграрных ландшафтов восстановление нарушенных земель имеет исключительно важное значение. На рекультивированных землях получают достаточно высокие урожаи сельскохозяйственных культур и кормовых трав. Рекультивация под лесохозяйственное использование играет важную роль в оптимизации структуры и функции безлесных ландшафтов.

При мелиорации аграрных ландшафтов проводят экологически обоснованное регулирование рек и речек, болот и озер, улучшение физико-химического состава почв при помощи известкования, внесения органических и минеральных удобрений.

5.3. РЕГУЛЯЦИЯ ГЕОХИМИИ АГРАРНОГО ЛАНДШАФТА

В регуляции аграрных ландшафтов большую роль играет оптимизация в них геохимической обстановки. Причин нарушения геохимической обстановки в аграрных ландшафтах много. Одна из них — нерациональное внесение в почвы минеральных удобрений — азотных, калийных и фосфорных. Масштабы применения минеральных удобрений ежегодно растут. В результате широкого применения минеральных удобрений заметно повысилась урожайность сельскохозяйственных культур и кормовых трав. Однако увеличение фитомассы нередко сопровождалось неблагоприятным изменением ее химического состава. Так, под влиянием азотных минеральных удобрений в ряде случаев отмечено увеличение в тканях растений солей азотной (нитраты) и азотистой (нитриты) кислот. Нитраты и особенно нитриты ядовиты. Они могут стать причиной отравлений людей и животных. Для предупреждения токсикозов у людей и животных следует проводить мероприятия по снижению концентрации нитратов и нитритов в фитомассе сельскохозяйственных культур и кормовых трав. Один из эффективных методов достижения этой цели — агрохимически обоснованное дозирование вносимых азотных удобрений (Агеев). Умеренные дозы азотных удобрений не только не снижают урожайность сельскохозяйственных культур и кормовых трав, но и значительно улучшают качество продукции растениеводства.

В ряде хозяйств Северного Кавказа был диагностирован нит-ратно-нитритный токсикоз у овец и животных других видов. Причина токсикоза заключалась во внесении в почвы минеральных азотных удобрений в дозе от 150 до 420 кг/га. Содержание нитратов в кормах достигало 4000 мг/кг сухого вещества и более. По рекомендации агрохимиков в одних хозяйствах были значительно снижены дозы азотных минеральных удобрений, в других — использовали только навоз, в третьих — применяли минеральные удобрения в сочетании с органическими. В результате этого урожайность сельскохозяйственных культур и кормовых трав не только не снизилась, но и в ряде случаев повысилась. Концентрация нитратов в растениях значительно уменьшилась, не превышая максимально допустимого уровня (МДУ). Растительность утратила ядовитые свойства, и вспышки нитратно-нитритного токсикоза у животных прекратились. У них улучшилось общее состояние, повысились продуктивность и воспроизводительная способность. Частота врожденных пороков развития и уродств у приплода резко снизилась.

При внесении в почвы высоких доз калийных минеральных удобрений происходят существенные изменения химического состава растений. В растительных тканях увеличивается содержание калия, снижается концентрация кальция и особенно магния. При потреблении зеленого корма, обогащенного калием, обедненного кальцием и магнием, у животных, особенно у крупного рогатого скота, развивается заболевание пастбищная тетания. Для предупреждения этого заболевания рекомендуют уменьшить дозу вносимых калийных удобрений и одновременно обогатить почву сернокислым магнием.

Другая причина негативных изменений геохимической обстановки в аграрных ландшафтах — безвозвратный вынос микроэлементов из почв с урожаем. При уборке сельскохозяйственных культур и кормовых трав из почв выносится значительное количество йода, кобальта, меди и других микроэлементов. Во многих странах мира, в том числе в России, в сельском хозяйстве не контролируется вынос микроэлементов из почв с урожаем и не возмещаются потери. Концентрация микроэлементов в почвах постепенно снижается. Уменьшается содержание микроэлементов и в растениях, произрастающих на таких почвах. Качество растительной пищи (корма) снижается, у людей (и у животных) развиваются болезни, называемые микроэле-ментозами. Использование в аграрных ландшафтах микроудобрений способствует оптимизации биотического круговорота и геохимической обстановки в агробиогеоценозах и пастбищных БГЦ. Урожайность сельскохозяйственных культур и кормовых трав повышается. Улучшается качество растительной пищи (корма). У животных и у людей исчезают микроэлементозы.

В геохимических ландшафтах, характеризующихся дефицитом марганца в среде, целесообразно применять марганцевые удобрения. В качестве удобрения рекомендуют водорастворимые сульфаты, хлориды и нитраты марганца (Рудин). Экологически целесообразно шире использовать марганцевый шлам (отход химических заводов и обогатительных фабрик), а также шлак мартеновских печей и вагранок.

В геохимических ландшафтах, бедных цинком, можно применять цинковые удобрения: сульфат цинка и отходы цинковой промышленности.

В ландшафтах, характеризующихся дефицитом кобальта в почвах, целесообразно использовать кобальтовые удобрения. Они служат важным фактором оптимизации биотического круговорота кобальта, способствуют повышению урожайности сельскохозяйственных культур и кормовых трав. Для удобрения лугов и пастбищ кобальт вносят в виде сульфата или хлорида, иногда применяют кобальтовый суперфосфат. В зависимости от химического состава почв дозы соли кобальта колеблются от 0,5 до 8 кг/га. Под влиянием кобальтовых удобрений качество пастбищного корма улучшается. В растениях увеличивается содержание не только кобальта, но и других важных компонентов питания (протеина, жира, безазотистых экстрактивных веществ). Выпас стад на пастбищах, обогащенных кобальтом, приводит к повышению продуктивности и воспроизводительной способности животных, улучшению качества животноводческой продукции. *

Для устранения медной недостаточности в почве используют медные удобрения: сульфат меди, пиритные огарки (отходы химической промышленности). В зависимости от уровня содержания меди в почве дозы медного купороса составляют 3—7 кг/га, иногда 10—25 кг/га, пиритных огарков — 0,5—0,8 т/га. Внесение медных удобрений в почву способствует поддержанию биотического круговорота меди и улучшению геохимической обстановки в БГЦ. Возрастает урожайность растений, улучшается качество пищи (корма). У больных животных (и у людей) исчезают признаки медной недостаточности.

В биогеохимических провинциях, неблагополучных по заболеванию кариесом зубов у людей и животных, используют фторсодержащие удобрения: фтористый калий или суперфосфат (1—1,5% фтора). При внесении в почвы фторсодержащих удобрений происходит оптимизация биотического круговорота фтора и заболеваемость зубов кариесом значительно снижается.

В геохимических ландшафтах, в которых возникает зобная болезнь у людей и животных, почву целесообразно обогащать удобрениями, содержащими йод.

В кислых геохимических ландшафтах с малым количеством в почвах подвижного кальция проводят известкование. Для этого используют твердые и мягкие известковые породы, отходы промышленности. В известняках, состоящих в основном из карбоната кальция, содержится 55—56 % оксида кальция. Мел отличается от известняков большей мягкостью. При внесении в почву он действует быстрее молотого известняка. Из известняка получают негашеную и гашеную известь. Гашеная известь (пушонка) — ценное известковое удобрение для глинистых почв.

В притеррасных поймах, в местах выхода ключей встречаются месторождения известкового туфа, содержащего 70—90 % карбоната кальция. Залежи озерной извести (гажи), содержащей 80—95 % карбоната кальция, обнаруживают на месте высохших замкнутых водоемов. В торфотуфе 10—70 % карбоната кальция, и он служит ценным торфоизвестковым удобрением для кислых почв, бедных органическим веществом.

Для известкования почв применяют гашеную известь — отход предприятий, производящих хлорную известь. Дефекат — отход свеклосахарного производства, в котором после подсушивания имеется 60—75 % карбоната кальция. Белый известковый шлак содержит 50—68 % оксида кальция, доменные и мартеновские шлаки — 30—50, белитовая мука — отход алюминиевой промышленности (шлак) — 40—50 %. При сжигании горючих сланцев получают сланцевую золу, содержащую 30—48 % негашеной извести.

Значительное количество кальция содержится в отходах кожевенных, содовых, газовых, мыловаренных заводов, бумажных фабрик и других промышленных предприятий. Эти отходы, освобожденные от вредных примесей, могут стать ценным известковым удобрением.

Известкование хорошо переносят ячмень, яровая и озимая пшеницы, кукуруза, горох, клевер и другие культуры, которые растут на слабокислых и нейтральных почвах (pH 6—7). Еще больший эффект отмечают при посеве на известкованных почвах люцерны, свеклы и других культур, для роста которых оптимален pH 7—8.

Известкование почв способствует не только повышению урожайности растений, но и улучшению их кормовых (пищевых) качеств. В кормовых травах увеличивается содержание кальция, снижается кальциевый дефицит в среде, и у животных постепенно исчезают болезненные признаки кальциевой недостаточности (остеодистрофии).

Так, в ряде хозяйств, где наблюдалась остеодистрофия жйвот-ных, было проведено известкование кислых почв. В результате в пастбищном травостое возрос удельный вес бобовых растений. Дефицит кальция в среде был устранен, и геохимическая обстановка в травяных БГЦ улучшилась. У животных постепенно исчезли признаки болезни. Продуктивность и воспроизводительная способность животных повысились.

В геохимических ландшафтах с дефицитом фосфора в почвах возникает опасность снижения урожайности растений, ухудшения качества пастбищного корма, нарушения фосфорно-кальциевого обмена у животных. Фосфорные удобрения повышают урожайность сельскохозяйственных культур и кормовых трав, способствуют улучшению качества растительного корма, предупреждению заболеваний у животных.

5.4. ЛЕСОМЕЛИОРАЦИЯ И ДРУГИЕ ПРИЕМЫ ОПТИМИЗАЦИИ АГРАРНЫХ ЛАНДШАФТОВ

Особенности структуры и функции тундровых, таежных, лесостепных, степных и других типов ландшафтов как экологических систем во многом определяют степень их устойчивости при воздействиях природных и антропогенных факторов. Считают, что относительно устойчивы ландшафты южной тайги, смешанных лесов, степей, менее устойчивы — экосистемы тундры, полупустынь и пустынь. Экологическое равновесие в ландшафтах может быть не нарушено лишь при соблюдении определенных методов хозяйствования. В каждом типе ландшафта соотношение интенсивно (урбанизация и др.) и экстенсивно (лесопосадки, луга, заповедники и др.) используемых земель не должно превышать установленных пределов. Процент интенсивно используемых земель может быть относительно высоким в степях, южной тайге, меньше — на севере таежного ландшафта, еще меньше — в тундре. Так, в тундровых ландшафтах площадь интенсивно используемых земель не должна превышать 2 % освоенной территории, в северной тайге — 10—20, в южной — 50—55, в лесостепи — 60—65 % (Рей-мерс).

В экологической оптимизации структуры и функции аграрных ландшафтов большую роль играют научно обоснованные соотношения площади пашни, лугов, лесов, поголовья сельскохозяйственных животных. Растениеводство и животноводство — две основные отрасли сельского хозяйства, влияющие на биотический круговорот. Баланс питательных веществ в аграрном ландшафте должен поддерживаться за счет использования в растениеводстве отходов животноводства (навоза — ценного органического удобрения). Считают, что на 1 га сельскохозяйственных угодий целесообразно иметь 2—2,5 головы крупного рогатого скота. Еще в прошлом веке подсчитано, что для поддержания плодородия земель Центральной России необходимо на каждый гектар сельскохозяйственных угодий вносить экскременты от двух коров.

О благоприятном влиянии леса на аграрные ландшафты известно давно. Первое фундаментальное научное обоснование агролесомелиорации для оптимизации аграрного ландшафта было дано в трудах известного русского почвоведа В. В. Докучаева. В конце прошлого века под его руководством в засушливой Каменной степи Воронежской области были заложены защитные лесополосы. Исследования, проведенные В. В. Докучаевым, его учениками и последователями, показали, что лес имеет огромное сельскохозяйственное значение. Являясь мощным биоэнергетическим фактором, лес оказывает благоприятное влияние на аграрные ландшафты и их компоненты: поля, сады, огороды, пастбища, скотные дворы, животноводческие фермы и комплексы. Лес служит надежным помощником в борьбе с засухой. Под покровом «докучаевских» лесных полос каменно-степные хозяйства в любых погодных условиях получают высокие урожаи зерна, картофеля, овощей и других сельскохозяйственных культур. Успехи в растениеводстве благоприятно влияют на развитие животноводства.

В начале 50-х годов в нашей стране были заложены небывалые по своим масштабам восемь защитных лесных полос на участках: Воронеж — Ростов-на-Дону, Пенза—Каменск, Белгород — река Дон, Камышин — Волгоград, Саратов — Астрахань, Чапаевск — Владимирова, гора Вишневая — Каспийское море, Волгоград — Элиста — Черкесск. Лесозащитным полосам менее полувека, но даже в этом молодом возрасте они оказывают большое влияние на регулирование стока, гидрологический режим местности, улучшение микроклимата, увеличение урожая сельскохозяйственных культур (Никитин, Новиков). Занимая всего лишь 1—4 % пахотных угодий ; по границам полей, защитные лесонасаждения в степи способству-|К)т повышению урожайности сельскохозяйственных культур на 115—20 % (Мороз).

На структуру и функцию аграрных ландшафтов благоприятно влияют посевы многолетних трав. Луга вместе с лесами формируют каркас аграрного ландшафта, стабилизирующий биогеохимические циклы основных питательных веществ (азота, фосфора, калия), препятствуют развитию эрозии почв, поглощают и обезвреживают смытые с полей удобрения и пестициды, не допуская их попадания в водоемы. Луга, как и леса, — хранители биологического разнообразия в экосистемах. В них произрастают десятки видов растений, находят пристанище простейшие и гельминты, насекомые, птицы и млекопитающие, другие представители животного мира. Биологическое разнообразие ландшафта — один из важнейших факторов его стабильности (Миркин).

Интенсификация и химизация сельского хозяйства, сопровождающиеся широким использованием техники, минеральных удобрений, химических средств защиты растений и животных, способствовали повышению урожайности культур и продуктивности животных. Однако они породили и ряд экологических проблем. Одна из них — загрязнение продуктов питания химическими веществами. Поэтому во многих странах мира идет разработка экологичных систем земледелия, отличных от интенсивных. Они являются альтернативой современному земледелию, и им принадлежит будущее.

5.5. АЛЬТЕРНАТИВНАЯ СИСТЕМА СЕЛЬСКОГО ХОЗЯЙСТВА

Альтернативное земледелие рассматривают как экологически обоснованную научную концепцию отношения человека к земле, как новый подход к ведению сельского хозяйства. Системы альтернативного земледелия разнообразны. Они имеют свои особенности в зависимости от регионов и природных зон.

Наиболее распространены следующие виды этой системы: органическая, биодинамическая, биологическая, органо-биологическая, экологическая, которые могут существенно влиять на биологи-зацию сельского хозяйства.

Особый интерес представляют биодинамическая и органическая системы. Они еще недостаточно разработаны. Общим для всех способов (видов) альтернативной системы сельского хозяйства (системы земледелия) является озабоченность специалистов падающим уровнем плодородия почвы, ее загрязнением, высокой стоимостью пестицидов, минеральных удобрений, вредом от применения тяжелой мобильной техники (уплотнение почвы, различные формы снижения микробиологической активности, потеря супрессивное-ти почвы, ее стерилизация и др.) и увеличением поступления на рынок экологически опасной для населения растениеводческой и животноводческой продукции.

Сущность органической системы земледелия заключается в том, что при выращивании биопродукции исключается-применение минеральных удобрений, пестицидов и регуляторов роста. Используются продукты отходов растительного, животного и минерального происхождения. Основу их составляют компост, навоз, костная мука, так называемые «сырые» породы: доломит, полевой шпат, мусковит, биотит и другие первичные и тонкодисперсные минералы (вермикулит, монтмориллонит, бентонитидр.). Глинистые (высокодисперсные) минералы имеют особенно большое значение для плодородия почвы и режима питания растений. Они способны путем обменных реакций активно усваивать катионы из почвенного раствора, обменивая их на ионы поглощающего комплекса. Источником магния и фосфора в почве являются в основном глинистые минералы.

В качестве средств защиты растений от эпифитотий при этом способе альтернативного земледелия используют чеснок, пиретрум, никотин.

Наиболее широко эту систему применяют в США, хотя доля выращиваемой в этой стране экологически чистой продукции довольно небольшая (не более 1 % от традиционной). Естественно, урожайность при этой системе значительно ниже, чем при традиционной. Поэтому продукция, получаемая на таких полях, реализуется дороже. Следует отметить, что в США, несмотря на высокий биопотенциал земель, существуют определенные ограничения на величину выращиваемого урожая, выше которого фермерам не разрешается получать продукцию. Иначе говоря, на государственном уровне соблюдается выполнение закона снижения энергетической эффективности природопользования, чтобы потребление дополнительной антропогенной энергии не представляло реальной угрозы для природно-ресурсного потенциала, разрушения экосистем.

Биодинамическая система земледелия применяется в Швеции, Дании, Германии. Она включает основные принципы, характерные для других альтернативных систем сельского хозяйства. Отличие этой системы земледелия от других состоит в том, что помимо биокосных элементов она учитывает космические факторы и их ритм, влияющие на прохождение фенофаз выращиваемых культур.

Еще Гиппократ отмечал влияние ночного светила на земную жизнь, а Аристотель заметил, что в полнолуние повышается половая активность морских животных. К настоящему времени установлено, что у всех подопытных животных и растений обмен веществ совершается по циклу, совпадающему с лунным календарем. Цикл завершался к новолунию и достигал максимума в третьей четверти лунного месяца. Барр и Равиц показали, что диаграммы напряжений в организмах людей полностью совпадают с аналогичными диаграммами у деревьев, иначе говоря, все живое на Земле существует по единому лунному ритму.

Руководствуясь положением Луны в определенной фенофазе, рекомендуют соответствующую и в определенные сроки основную обработку почвы, посев и посадку сельскохозяйственных культур и уход за ними. Важно подчеркнуть, что в отличие от других вариантов альтернативного земледелия биодинамическая система связывает оптимальные сроки посева и посадки с космобиоритмически-ми факторами и поэтому не отражает погодных условий и климатических особенностей различных регионов. Не случайно она пока разрабатывается в странах с достаточным для сельскохозяйственных культур количеством осадков.

Лунные календари составлены по регионам, отражают сроки посева и посадки культур под пленочными покрытиями и в открытом грунте и учитывают не только определенную дату, но даже и определенную часть суток. Лунные календари составляются как для овощных и лекарственных растений, так и для злаковых и бахчевых куль-тур, ряда пропашных (свекла, картофель и др.), а также для газонных трав, большинства кустарников, цветов и деревьев. Эта система, несомненно, относится к перспективной.

Видимо, по мере дальнейшей разработки этой системы земледелия будут также учитываться и периодические вспышки солнечной активности, отличающейся определенной цикличностью.

Один из основных аспектов органической и биодинамической систем сельского хозяйства — вермикультивирование, т. е. разведение червей в неволе для получения биомассы и биогумуса. Исследованиями кафедры экологии МСХАустановлено, что 1 т органических отходов при переработке их червями дает около 600 кг биогумуса и 100 кг биомассы червей, обладающей высокой питательной ценностью. Биомасса червей содержит большое количество протеина и эффективна при подкормке в водохранилищах рыбы, уток и гусей. Увеличиваются также продуктивность и яйценоскость кур.

В условиях Нечерноземья даже при высокой стрессовой нагрузке почвы (повышенная кислотность, большое содержание в почвенном растворе алюмосиликатов при резком дефиците фосфора) доза биогумуса в 5 % снижает накопление нитратов в растениях почти в 10 раз. Возможность получения экологически чистой продукции растениеводства заслуживает повышенного внимания к этому направлению экологизации сельского хозяйства и свидетельствует о больших потенциальных возможностях вермикультивирования с точки зрения повышения скорости процесса миграции, концентрации и рассеивания элементов в ходе малого круговорота веществ и энергии, особенно с ненарушенным биотическим комплексом, и повышения продуктивности агроландшафтов.

Помимо биомассы пищеварительные ферменты червей придают почве, прошедшей через их кишечник, способность удерживать больше воды и минеральных веществ. Биогумус выполняет важную роль фитоадаптогена, оказывая влияние на формирование структуры почвы и снижение ее токсичности. "

Биологическая система земледелия, внедренная во Франции, исключает применение химических средств (пестицидов и удобрений). Основу этой системы составляет компост. Используют также базальтовую пыль, молотые водоросли. Очень большое внимание уделяют выращиванию сидератов и гетерогенности (многообразию) основных сельскохозяйственных культур. Для борьбы с сорняками запрещены гербициды, рекомендуются механические (вплоть до ручных) и огневые методы на локальных участках. Применяют также вещества растительного происхождения.

В основе органо-биологической системы земледелия лежат методы интенсификации микробиологической активности почвы. Разрешается помимо органических удобрений применение дефицитных для данных эдафических условий минеральных удобрений, но с медленной отдачей растениям питательных ионов. Активизация полезной микрофлоры достигается введением правильного севооборота, максимальным использованием биологического азота из атмосферы с помощью клубеньковых бактерий на корнях бобовых.

Следует также шире использовать бактериальные удобрения: нитрагин, азотобактерин и агрофил (ассоциативные азотофиксато-ры) и методы технологии, которые способствуют симбиотической активизации бобовыми культурами (применение органических удобрений, соломы, навоза, компоста, сидератов, микроэлементов). Особое внимание в севооборотах уделяют максимальному их насыщению бобовыми культурами. Защита от вредителей и болезней растений такая же, как и при биологической системе земледелия. Органо-биологическую систему применяют в Швеции и Швейцарии.

При экологической системе земледелия допускается строго ограниченное использование пестицидов, чаще в виде санитарных (локальных) мер на очагах размножения вредителей и болезней. С большой осторожностью относятся также к применению минеральных удобрений, ограничивая их дозы, особенно легкорастворимых форм и в жидком виде.

При любых альтернативных системах земледелия важно внесение в почву глинистого (глинование) материала, обогащенного высокодисперсными минералами типа монтмориллонита. Это объясняется тем, что в почвах, не содержащих монтмориллонит, органическое вещество и продукты его разложения находятся в состоянии механической примеси и поэтому легко выносятся — интенсивность разрушения превышает накопление органического вещества. При наличии же монтмориллонита связь органической и неорганической составляющих почвы становится более тесной и прочной, так как органические молекулы вместе с водой входят в состав ППК.

Благодаря большой емкости поглощения монтмориллонита и его высокой удельной поверхности он всегда имеет необходимый запас влаги, удерживаемой в межплоскостных пространствах кристаллической решетки и на поверхности своих частиц в адсорбированном состоянии. Даже небольшая примесь монтмориллонита в почве в несколько раз повышает ее влагоемкость.

Имея в обменном состоянии целый ряд элементов, которые вследствие своей слабой связи с кристаллической решеткой легко усваиваются растениями, глинистые минералы типа монтмориллонита в то же время являются и регулятором почвенного раствора не только с точки зрения его концентрации, но и разнообразия солевого состава.

А. С. Степановеких указывает, что в основе альтернативного земледелия лежит принцип: «от здоровой почвы — к здоровому растению, животному и человеку». Автор подчеркивает, что почва практически воспринимается как живой организм со сложными физико-химическими и биологическими свойствами. Почва, как и организм, обладает определенным уровнем обмена веществ, основную роль в котором играют почвенные организмы (эдафон). Полноценное корневое питание растений может быть обеспечено почвенным покровом большой биологической активности, которая в альтернативном земледелии поддерживается за счет внесения органических удобрений. В альтернативном земледелии считается необходимым удобрять почву, а не растения, что, как полагают, является важным фактором оптимизации геохимической трофической цепи почва -»растения -> животные ->человек.

Альтернативное сельское хозяйство предполагает проведение мероприятий, направленных на получение безопасной животноводческой продукции. На качество животноводческой продукции большое влияние оказывают кормление и содержание животных. Для кормления животных используют натуральный пастбищный корм. Роль пастбищ в производстве высококачественных продуктов животноводства вполне объяснима, так как животные «генетически запрограммированы для зеленого ландшафта, незагрязненной воды и чистого воздуха».

На питательную ценность корма определенным образом влияют процессы, связанные с его заготовкой, хранением, технологической переработкой, консервированием. Сено, заготовленное вовремя, считают ценным кормом, благоприятно влияющим на качество животноводческой продукции. В последние десятилетия для кормления животных широко используют силос. О кормовых качествах силоса высказываются по-разному. Одни авторы считают силос полноценным кормом, другие придерживаются прямо противоположной точки зрения.

Кормовые качества силоса могут различаться. Не подлежит сомнению, что силос, содержащий масляную кислоту, приводит к нарушению обмена веществ в организме животных и отрицательно влияет на качество животноводческой продукции. Нри производстве экологически чистой продукции животноводства запрещается вводить в рацион кормления животных искусственные кормовые добавки, антибиотики, стимуляторы роста. Не рекомендуется применять в животноводстве и ветеринарии лечебно-профилактические препараты, «загрязняющие» внутреннюю среду организма животных (соединения ртути и др.).

Важное значение имеет замена лекарств химической природы нехимическими средствами лечения. Так, при лечении и профилактике заболеваний некоторые химические фармакологические препараты могут быть заменены водой (гидротерапия), солнечными лучами (гелиотерапия), искусственными источниками света (УФЛ и др.), массажем и другими средствами терапии и предупреждения болезней животных.

На биогеохимическую пищевую цепь и качество сельскохозяйственной продукции благоприятно влияет охрана сельскохозяйственных экосистем от загрязнений отходами промышленных предприятий (тяжелыми металлами и др.).

Сельскохозяйственная продукция, произведенная в условиях альтернативного земледелия, ценится высоко. И поэтому она должна бы найти широкое распространение во всех странах мира. Однако этого пока не происходит. Н. Ф. Реймерс (1994) указывает, что количество «экологических» хозяйств во Франции невелико — всего 1 %, а в ФРГ еще ниже — 0,2 % общей численности ферм. Невелик и объем производимого экологически чистого продовольствия. Производство экологически чистых продуктов растениеводства в странах Западной Европы составляет 0,1—0,8 %, в США-0,9-1,3 %.

Причин, сдерживающих распространение альтернативного земледелия в мире, немало. Одна из них — сокращение площадей сельскохозяйственных культур вследствие увеличения масштабов травосеяния для производства кормов. Другие причины — относительно невысокая урожайность культур, выращенных в условиях альтернативного, неинтенсивного земледелия; слишком высокие трудовые и финансовые затраты на единицу растениеводческой и животноводческой экологически чистой продукции.

Сельскохозяйственную продукцию альтернативного земледелия охотно покупают, несмотря на ее высокую цену. Возникает конкурентная борьба на рынке сбыта продукции, произведенной по альтернативной и традиционной системам земледелия. Противники альтернативного земледелия доказывают, что минеральные удобрения и пестициды, если они применяются грамотно, не оказывают отрицательного влияния на качество продукции растениеводства и животноводства. Более того, они утверждают, что при определенных условиях и органические удобрения могут быть вредны. Они способны ухудшить качество сельскохозяйственной продукции и, таким образом, представляют определенную опасность для людей.

По мнению многих исследователей, широкомасштабное применение альтернативного земледелия в России пока вряд ли возможно. А. С. Степановских считает, что необходима разработка такой системы ведения сельского хозяйства, в которой были бы использованы положительные стороны альтернативного и традиционного земледелия. Такая система земледелия получила название интегрированной.

Контрольные вопросы и задания

1. Охарактеризуйте ландшафт как экологическую систему. 2. Что такое эрозия почв? 3. Какое экологическое значение имеет борьба с эрозией почв? 4. Какова экологическая роль рекультивации нарушенных земель? 5. Какова экологическая роль лесомелиорации аграрных ландшафтов? 6. Что вы понимаете под альтернативным земледелием? Какие вам известны варианты альтернативной системы сельского хозяйства и какие разработки имеются по этой проблеме? 7. Каковы перспективы развития альтернативной системы сельского хозяйства? 8. Какова роль кормления и содержания животных в получении высококачественной животноводческой продукции? 9. Почему сдерживается внедрение альтернативной системы земледелия в практику сельского хозяйства?

Глава 6

ЗАДАЧИ СПЕЦИАЛИСТОВ-АГРАРНИКОВ В ЭКОЛОГИЗАЦИИ ПРИРОДОПОЛЬЗОВАНИЯ

19 декабря 1991 г. в Верховном Совете Российской Федерации был принят Закон «Об охране окружающей природной среды»'. Данный закон крайне важен в связи с нарастанием экологического кризиса и переходом к рыночной экономике.

Закон определяет три основные задачи.

1. Охрана природной среды.

2. Предупреждение вредного воздействия хозяйственной деятельности.

3. Оздоровление окружающей среды.

Основная идея этого важного закона —^ научно обоснованное сочетание экологических и экономических интересов. Раньше хотя и уделяли определенное внимание экологии, но приоритет принадлежал экономике.

Экологизация экономики будет проводиться согласно закону на основе экологических требований к экономике на трех уровнях: первый относится к хозяйствующим субъектам; второй — к стадиям хозяйственного процесса: планирование, проектирование, размещение, строительство, ввод в эксплуатацию, эксплуатация объектов; третий — к видам хозяйственного воздействия (сельское хозяйство, мелиорация, энергетика, строительство городов и т. д.). При этом в законе обращается внимание на размещение объекта, его экологическую безопасность. Органам охраны окружающей среды и санэпиднадзора дается право запрета на размещение объектов, если экологические нормативы не выполняются. Предусматривается также возможность вмешательства общественности в форме обсуждения проекта либо референдума по нему.

Законом гарантируется соблюдение экологической безопасности экономической деятельности при помощи запрета финансирования и реализации проектов и программ, не получивших положительного заключения Государственной экологической экспертизы.

В Законе «Об охране окружающей природной среды» установлены нормативы предельно допустимых уровней шума, вибрации, магнитных полей и иных вредных физических воздействий на окружающую природную среду в производственных и жилых помещениях, на улицах, в зонах отдыха населения, в местах массового размножения и скопления диких зверей и птиц (ст. 28, 53).

В статье 32 указывается, что в стандартах на новую технику, технологии, материалы, вещества и другую продукцию, способную оказать вредное воздействие на окружающую природную среду, устанавливаются экологические требования для предупреждения вреда окружающей природной среде, здоровью и генетическому фонду человека.

Статья 46 предупреждает, что предприятия, объединения, организации и граждане, ведущие сельское хозяйство, обязаны выполнять комплекс мер по охране почв, водоемов, лесов и иной растительности, животного мира от вредного воздействия стихийных сил природы, побочных последствий применения сложной сельскохозяйственной техники, химических веществ, мелиоративных работ и других факторов, ухудшающих состояние окружающей среды.

В статье 47 говорится, что предприятия, учреждения, организации и граждане обязаны при планировании, проектировании, выполнении мелиоративных работ и эксплуатации мелиоративных систем принимать все необходимые меры по соблюдению водного баланса, рациональному использованию земель, экономному использованию вод, охране земель, лесов и иной растительности от истощения, подтопления и предупреждения других вредных последствий для окружающей природной среды.

Нарушение указанных требований влечет за собой приостановление проектирования, строительства либо эксплуатации этих систем до устранения недостатков.

Статьей 52 запрещается применение и разведение биологических объектов, не свойственных природе соответствующего региона.

В разделе XI «Экологическое воспитание, образование, научные исследования» статьей 73 предусматриваются всеобщность, комплексность и непрерывность экологического воспитания и образования; в статье 74 говорится об обязательности преподавания экологических дисциплин во всех учебных заведениях независимо от их профиля. Статья 75 гласит, что при назначении на должность, аттестации и переаттестации необходимо учитывать профессиональную экологическую подготовку руководящих кадров и специалистов. Лица, не имеющие необходимой подготовки, не допускаются к выполнению работы, требующей соответствующих экологических знаний.

Согласно статье 84 должностные лица и граждане, предприятия, учреждения, организации, виновные в совершении экологических правонарушений, подвергаются штрафу, налагаемому в административном порядке:

граждане — от однократного до 10-кратного размера минимальной месячной оплаты труда в России; "

должностные лица — от 3-кратного до 20-кратного размера минимальной месячной оплаты труда в России.

Наложение штрафа не освобождает виновных от обязанностей возмещения причиненного вреда.

Новое в законодательстве — введение раздела о праве граждан на здоровую, благоприятную среду. Гарантами этого служат нормативы предельно допустимых вредных воздействий, а также система экологического контроля за их соблюдением. Обеспечивается право граждан проживать в благоприятных природных условиях, устраняются ограничения на прописку для проживания в регионах, наиболее благоприятных для здоровья конкретного гражданина, обеспечивается право на получение земельного участка для строительства дома, ведения личного подсобного или фермерского хозяйства.

Новый закон впервые предоставляет гражданам и их общественным объединениям широкие экологические права: требовать предоставления экологической информации, принимать участие в экологической экспертизе, проводить митинги, демонстрации, обращаться в административные и судебные органы с заявлениями о приостановлении или прекращении деятельности экологически вредных объектов, с исками о возмещении вреда, причиненного здоровью и имуществу. В законе говорится, что возмещение вреда здоровью граждан от неблагоприятного воздействия окружающей среды, вызванного хозяйственной или иной деятельности, производится на основе решения суда по иску потерпевшего (или потерпевших) либо членов его семьи, прокурора, специально уполномоченного на то органа государства, общественного объединения.

Правительство в числе важнейших проблем ставит задачу гарантировать народу экологическое благополучие в отношении тех элементов экосистем, с которыми связано сельское хозяйство. Для этого, в частности, усиливаются экологические императивы в использовании земли, вводятся системы стимулирования экологически эффективного землепользования и экономические санкции за снижение почвенного плодородия, вводится наряду с государственной кооперативной частная собственность на землю.

Для повышения экономического интереса природопользовате-ля к экологии закон включает две категории факторов экономического механизма охраны окружающей природной среды: позитивные и негативные. Позитивные факторы воздействия (финансирование, кредитование, льготы при внедрении экологически чистых технологий, при начислении налогов) призваны создать прямые экономические стимулы в охране окружающей природной среды. Негативные факторы влияют на экономический интерес через изъятие части денежного дохода в качестве платы за пользование ресурсами, налог за экологически вредную продукцию или продукцию, выпускаемую с применением экологически опасных технологий.

Платежи за пользование природными ресурсами направляются в местные бюджеты для нужд охраны и воспроизводства ресурсов. Плата за выбросы, сбросы и размещение отходов перечисляется в экологические фонды. Закон предусматривает 60 % средств экологических фондов направлять на мероприятия городского, районного значения, 30 % — краевого, областного значения и 10 % — на природоохрану республиканского значения.

Помимо механизма экономического стимулирования в законе предусмотрены меры административного правового воздействия за экологические правонарушения. Государственная экологическая экспертиза предшествует принятию хозяйственного решения и организуется Министерством экологии и природных ресурсов. Экологический контроль проводится в виде мониторинга окружающей среды, государственного, производственного и общественного контроля.

Финансирование и осуществление проектов и программ производятся только после положительного заключения экологической экспертизы.

В законе сформулированы принципы международного сотрудничества в области охраны окружающей природной среды.

Большое внимание уделяется изучению основ природопользования в учебных заведениях.

Ранее, 19 января 1991 г., Совет Министров РФ издал постановление «Об утверждении нормативов оплаты за выбросы загрязняющих веществ в природную среду и порядке их применения».

Специалист сельского хозяйства, особенно агроном, механизатор, животновод, должен не только быть вооружен экологической информацией о растениях, животных, почве, воде и других природных ресурсах, но и уметь оперативно использовать эту информацию. Он должен обладать умением создавать оптимальные условия для той или иной культуры с учетом сорта, его фенофаз или вида животных и их возраста. При выработке оптимальных соотношений между сельскохозяйственными экосистемами и окружающей природной средой необходимо учитывать антропогенную нагрузку на биогеоценозы в условиях современного интенсивного аграрного производства. Надо иметь в виду, что антропогенные факторы действуют не изолированно, а, как правило, комплексно, вызывая синергический (совместный) эффект.

Сельскохозяйственные экосистемы весьма неустойчивы, хрупки и уязвимы, они податливы воздействию антропогенных факторов. Поэтому, говоря словами профессора В. А. Ковды, ими нельзя управлять «на глаз». В управлении сельскохозяйственными экосистемами не должно быть штампа, стандарта, приблизительных действий. Методы управления ими должны быть такими же точными, как в медицине и других науках, на основе глубоких знаний и контролируемых технологических действий.

Рациональное использование и защита окружающей природ-

ной среды от загрязнения в процессе сельскохозяйственного производства зависят не только от профессиональной подготовки специалистов, фермеров и предпринимателей, но и от уровня их гражданственности, общей экологической культуры, экологического мышления и экологического подхода к решению конкретных задач.

Специалист сельского хозяйства должен постоянно совершенствовать свои знания в области природопользования. Нельзя забывать, что экологизация природопользования — это проблема высокой морали и нравственности. Низкая экологическая нравственность способствует разрушению среды, деградации общества, снижает работоспособность, ухудшает здоровье человека, уменьшает его потенциальные возможности.

Руководитель и специалист сельскохозяйственного производства любого профиля, осуществляя те или иные технологические операции, обеспечивающие увеличение производства сельскохозяйственной продукции, должны прежде всего предусмотреть их влияние на природу, ибо процесс использования и охраны природы — это единый процесс.

Сельскому специалисту и предпринимателю необходимо строить свою производственную деятельность с учетом интересов охраны и рационального использования как уже вовлеченных в хозяйственный оборот, так и неэксплуатируемых потенциальных природных ресурсов. Всем специалистам сельского хозяйства необходимо овладеть методикой определения ущерба, причиняемого природопользованию в хозяйстве в результате использования различных экологически неправильных технологий возделывания сельскохозяйственных культур и выращивания животных.

Внимание специалистов сельского хозяйства различного профиля должно быть сосредоточено на следующих основных вопросах охраны окружающей среды и рационального использования природных ресурсов в процессе сельскохозяйственного производства.

Специалистам агрономической службы хозяйства (агроном-полевод, агроном-плодоовощевод, агрохимик, агроном по защите растений) как основным технологам полей для правильного оперативного природопользования с точки зрения охраны природы необходимо:

знать почвы своего хозяйства и района, их свойства и производительную способность, рациональную систему земледелия, уметь читать и пользоваться почвенными и агрохимическими картами, рассчитывать потребность почв и растений в органических и минеральных удобрениях, знать агроклиматические особенности района, сезонов года и их периодическую изменчивость;

знать гумусное состояние почв (баланс гумуса и способы его регулирования), их физические свойства, особенно плотность и степень оструктуренности;

иметь представление о кислотности атмосферных осадков (единичные дожди с аномальной кислотностью могут сказываться на состоянии растений);

вести строгий учет земельного фонда и его использования по прямому назначению; пресекать попытки излишнего выделения высокопродуктивных сельскохозяйственных угодий, особенно пашни, для несельскохозяйственных нужд, промышленности, транспорта, строительства, внутрихозяйственных надобностей хозяйств, под свалки;

обеспечить оптимальную структуру посевов и севооборотов, включая мелиоративные культуры для поддержания и улучшения физического состояния почв и их плодородия;

принимать участие в разработке технологических карт полей и следить за их выполнением, обеспечивая сохранение и увеличение почвенного плодородия;

применять в полевых и почвозащитных севооборотах, учитывая степень плодородия и подверженность почв эрозионным процессам, зональные агротехнические способы и приемы основной и предпосевной обработок почв. Следить за выполнением агротехнических противоэрозионных мероприятий (направление обработки полей, способы посева, щелевание, бороздование, снегозадержание, устройство водозадерживающего микрорельефа, залужение эрозионно опасных участков и т. д.);

разрабатывать и внедрять прогрессивные экологически безопасные для окружающей среды и человека технологии возделывания сельскохозяйственных культур;

осуществлять систему агролесомелиоративных мероприятий, обращая особое внимание на полезащитные, противоэрозионные и водоохранные лесонасаждения в границах землепользования хозяйства, выполнять уходы за существующими лесонасаждениями. Добиваться одновременно с травосеянием на оврагах полного облесения балок, песков и других неудобных земель, озеленения населенных пунктов, животноводческих комплексов, производственных и культурно-бытовых объектов. Осуществлять необходимые меры по охране лесов и защитных насаждений от потрав, лесных пожаров и пестицидов;

проводить рекультивацию и облагораживание заброшенных мест разработок и других неудобий;

искоренять устаревшие агроприемы, наносящие ущерб природе (выжигание стерни и трав, химобработка при помощи авиации и

др-);

следить за утилизацией отходов продуктов переработки подсобных предприятий и промыслов;

не допускать загрязнения почв и воды отходами ферм и животноводческих комплексов, размещения вблизи рек и других водоемов летних стоянок скота, нефтескладов, запрещать мойку сельскохозяйственной техники и поение скота в водоисточниках;

следить за состоянием водоохранных зон, не допускать их распашки;

внедрять как наиболее эффективный метод охраны водоемов от загрязнения использование бытовых, производственных, смешанных, сточных вод, а также стоков животноводческих комплексов на земледельческих полях орошения;

не допускать использования свежего непродезинфицированно-го ила и сточных вод от свиноводческих комплексов;

контролировать правильность хранения, транспортировки и использования пестицидов, удобрений. Не допускать их смыва с полей в водоисточники и чрезмерного накопления в продукции;

не допускать формирования корки на поверхности почв, проводя необходимые обработки, препятствующие испарению капиллярно-восходящей почвенной влаги;

осуществлять работы по подготовке почвы только при оптимальной влажности;

постоянно проводить контроль за величиной pH водной вытяжки почвы;

иметь представление о содержании в почвах подвижных форм микроэлементов, дефицит или избыток которых может ограничивать эффективное плодородие почв или вызывать болезни растений; для предупреждения подкисления почвы использовать известкование;

расширять посевы сидератов;

постоянно следить за появлением новых очагов водной и ветровой эрозии и своевременно принимать меры по их локализации;

следить за измельчением и заделкой в почву жнивья или других растительных остатков, особенно на легких почвах;

не допускать чрезмерного массового сбора лекарственных и кра-сивоцветущих растений;

осуществлять повседневный контроль за выполнением агротехнических рекомендаций по применению удобрений и пестицидов, не допускать использования запрещенных препаратов;

проводить на землях с высоким содержанием тяжелых металлов посевы технических культур;

внедрять прогрессивные биологические и интегрированные методы борьбы с вредителями и болезнями сельскохозяйственных культур;

принимать меры по сохранению и увеличению природных запасов полезных диких животных и растений, учитывая интересы сельского, охотничьего и рыбного хозяйства.

Специалистам инженерной службы хозяйства (инженер-механик, инженер-технолог, инженер по механизации трудоемких процессов в животноводстве и др.) необходимо:

содержать в исправном состоянии машины и орудия, применяя их по назначению;

контролировать правильность использования сельскохозяйственной техники, обращая особое внимание на орудия и дополнительные приспособления для противоэрозионной обработки почвы;

постоянно работать над улучшением конструкции орудий и приспособлений в соответствии с естественно-географическими условиями хозяйства, Чтобы повысить их надежность, производительность и качество работ в полеводстве, садоводстве, овощеводстве;

сокращать до минимума количество проходов энергетических средств, стремясь использовать машины, выполняющие несколько операций в одном цикле;

постоянно проводить регулировку машин, особенно плугов и другой техники по обработке почвы и уходу за культурами;

регулировать давление в шинах, исходя из гранулометрического состава и влажности почвы, чтобы снизить ее уплотнение и предотвратить деградацию структуры;

не допускать в целях снижения уплотнения почвы на весенне-полевых работах использование энергонасыщенных тракторов типа К-701;

обеспечивать рациональный режим работы машинно-тракторного парка для обработки почвы и ухода за растениями в оптимальные сроки;

следить на склонах за прекращением или ограничением движения на переувлажненных дорогах, чтобы препятствовать развитию эрозии почв;

контролировать использование нефтепродуктов, не допускать загрязнения ими почвы, воды, растительности. Организовать сбор, хранение и утилизацию всех отработавших нефтепродуктов;

осуществлять контроль за работой ремонтных баз, мастерских и полевых станов тракторных бригад, чтобы уменьшить загрязнение почвы и воды отходами производства;

следить за исправностью сельскохозяйственной техники, и особенно двигателей, в целях уменьшения токсических выбросов в атмосферу и снижения уровня шума;

предусматривать при строительстве и эксплуатации животноводческих помещений снижение шума;

проводить на животноводческих и птицеводческих фермах профилактические мероприятия для защиты животных и птиц от ЭМП.

Инженерам-гидротехникам и мелиораторам необходимо: не допускать разрыва между гидротехническим строительством оросительных (осушительных) систем и сельскохозяйственным освоением земель;

разрабатывать и контролировать режим орошения сельскохозяйственных культур. Не допускать избытка увлажнения, вторичного засоления и заболачивания почвы;

следить за исправностью гидросооружений, дождевальных машин и установок, не допуская непроизводительных потерь воды;

вести контроль за состоянием водоисточников (рек, озер, искусственных водоемов и др.), системой водоснабжения и водопотреб-ления, своевременно выявляя и обезвреживая источники загрязнения, засорения и утечки воды;

строго следить за нормами расхода воды потребителями, изыскивая резервы повышения коэффициента ее полезного использования и экономии;

организовать охрану и рациональное использование поверхностных и подземных источников питьевой воды;

шире использовать перспективные способы орошения (капельное, дождевое, подпочвенное и т. д.) с учетом фильтрационной способности и влагоемкости почв каждого конкретного участка;

осуществлять контроль за состоянием и работой очистных сооружений и комплексов в хозяйстве, выполнением системы гидротехнических противоэрозионных мероприятий в хозяйстве;

осуществлять технический и технологический контроль за ходом строительства и реконструкции оросительных систем, находящихся на территории хозяйства, добивайсь выполнения предусмотренных проектом мероприятий по охране окружающей среды;

ежегодно корректировать внутрихозяйственные планы водопользования с учетом водообеспеченности источников орошения; применять почво- и водосберегающие технологии орошения; проводить экранирование каналов (бетонное или пленочное) с целью сокращения потерь воды и защиты почв от засоления и заболачивания;

обеспечить мониторинг качества почв;

обеспечить необходимое функционирование дренажных систем, осуществляющих нисходящую миграцию солевых растворов и быстрое удаление растворенных солей из почвы с использованными водами;

проводить промывные поливы во второй половине вегетационного периода и профилактические промывки в течение вегетационного периода;

предупреждать при помощи нормального функционирования дренажных систем повышение содержания ионов обменного натрия, негативно влияющих на качество почвы и его (натрия) восходящее движение с растворами;

заблаговременно прекращать поливы на землях с возделыванием орошаемых культур, чтобы обеспечить после уборки урожая достижение оптимальной влажности почв для их обработки;

своевременно проводить очистку каналов от наносов, выравнивать после дождя откосы, систематически проводить окашивание откосов каналов;

принимать меры по сохранению плодородия орошаемых земель, применяя органические и минеральные удобрения;

следить при использовании сточных вод для орошения за качеством стоков, содержанием различных ингредиентов и нормами их внесения в почву.

Зооинженерам и ветеринарным врачам необходимо: запрещать водопой животных из загрязненных естественных водоемов. Для этих целей необходимо использовать специально оборудованные водопои на территории животноводческих ферм и комплексов, а также в летних лагерях и на стоянках;

не'допускать загрязнения почвы и воды отходами животноводства, следить за их утилизацией и исправностью сооружений;

организовать правильное хранение и использование навознофекального сырьч::,:т^т""’"г'^ ■ г"- ”%ст?.з:

изыскивать и внедрять способы очистки атмосферы животноводческих комплексов установкой специальных фильтров и приточно-вытяжной вентиляции; ^

следить за выполнением надлежащих профилактических мероприятий в санитарных защитных зонах в сфере действия животноводческих объектов и комплексов;

прекращать или ограничивать пастьбу ранней весной и поздней осенью или во время неблагоприятной погоды;

создать по решению местной администрации на территории хозяйства микрозаповедники и микрозаказники (островки безопасности для диких животных и птиц) за счет земель, неудобных для земледелия и пастьбы скота;

не допускать на животноводческих комплексах и птицефабриках превышения уровня шума, производимого кормораздатчиками, подвесными дорогами, доильными установками и др.;

снижать в животноводческих помещениях уровень ЭМП, вызывающий сильный стресс, приводящий к патологическим изменениям у животных и птиц;

обеспечить восстановление пастбищ. Проводить окультуривание естественных пастбищ для повышения их продуктивности и противоэрозионной защиты;

вести планомерную борьбу с переносчиками инфекционных и инвазионных болезней животных, а также с паразитирующими насекомыми;

организовать воспроизводство и охрану рыбных запасов в реках и водоемах хозяйств, диагностику и профилактику болезней животных и рыб проводить с учетом современных достижений экологии и биогеоценотической патологии.

Лесоводам сельскохозяйственных производственных предприятий необходимо:

организовать надежную охрану и рациональное использование лесов и других зеленых насаждений в границах землепользования хозяйств;

нести ответственность за полезащитное, противоэрозионное лесоразведение (создание новых насаждений) в водоохранной зоне; ”

отводить непригодные для сельского хозяйства земли оврагов и балок под лесные насаждения рекреационно-хозяйственного назначения, насыщая их плодовыми, ягодными и другими породами, обладающими ценными свойствами;

принимать активное участие в озеленении села и производ-. ственных комплексов хозяйства;

вести планомерную борьбу с обмелением рек и водоемов при помощи своевременного облесения защитных водоохранных зон и водоисточников;

применять рубки ухода за лесонасаждениями, поддерживать их в необходимом конструктивном состоянии в соответствии с назначением и местоположением лесополос (полезащитные, водорегулирующие, приовражные, по днищам балок и оврагов, прифермские, пастбищезащитные, зеленые зонты, лесные затишки);

способствовать созданию массивных лесонасаждений, орошаемых сточными водами химической и других видов промышленности, что обеспечит не только стабильную утилизацию загрязненных сточных вод, их доочистку, получение сырья для целлюлозной промышленности, но и охрану окружающей природной среды;

следить за строгим соблюдением на территории хозяйства правил рыболовства и охоты. Решительно пресекать браконьерство, для чего организовать и контролировать работу постов и дружин общественных инспекторов;

способствовать сохранению редких и исчезающих видов животных и растений, включенных в Красную книгу России (обязанность не только лесоводов, но и всех тружеников сельского хозяйства);

всесторонне содействовать развитию пчеловодства и его кормовой базы в хозяйстве.

Руководителям учетно-финансовой и планово-экономической служб необходимо:

главному бухгалтеру:

постоянно следить за своевременным и правильным формированием и использованием финансовых ресурсов на природоохранные мероприятия;

осуществлять надлежащий учет и контроль за правильным списанием материальных и денежных средств по их целевому назначению;

проявлять особое внимание к своевременному финансовому обеспечению строительства новых объектов природоохранного назначения и вводу их в эксплуатацию в обозначенный срок;

рационально организовать учет и контроль за правильной эксплуатацией действующих объектов и других средств, предназначенных для охраны природы;

обеспечить сохранность материальных ценностей природоохранного назначения и вести достоверный учет их наличия и движения;

составлять и своевременно представлять вышестоящим организациям необходимый статистический отчет о выполнении природоохранных работ и использовании средств на эти цели;

оказывать всемерное содействие руководителям и специалистам хозяйства, внутрихозяйственных подразделений в своевременном осуществлении природоохранных мер;

обеспечить надлежащий подсчет причиненного ущерба от нарушения правил природопользования и своевременное его возмещение;

главному экономисту:

обеспечить тесную взаимосвязь планирования природоохранных мероприятий с планированием экономического и социального развития хозяйства в целом;

планировать потребность в основных и оборотных материальных средствах на охрану природы, определив источники их финансирования;

осуществлять постоянный контроль за расходованием материальных, трудовых и финансовых ресурсов с безусловным осуществлением природоохранных мероприятий;

производить расчет экономической эффективности и окупаемости затрат на мероприятия по охране природы в целом по хозяйству и по отдельным мероприятиям. Выполняя эту функцию, экономист должен исходить из того, что любой, даже самый экономически эффективный прием не может быть применен (реализован), если он не отвечает экологическим требованиям, экологической надежности и безопасности;

оказывать необходимую экономическую помощь руководителям и специалистам хозяйства и внутрихозяйственных подразделений в обязательном осуществлении намеченных планом мероприятий по охране природы.

Таким образом, вся деятельность специалиста сельского хозяйства любого профиля должна строиться с учетом возможных нежелательных воздействий сельскохозяйственного производства на окружающую среду. Необходимо помнить, что экономическая эффективность любого хозяйства, любого региона тесно связана с его экологическим благополучием.

Особое внимание к экологическим проблемам должны проявлять руководители хозяйств, фермеры и предприниматели. Нельзя забывать, что в стремлении получить максимальную прибыль в условиях рыночных отношений можно, пренебрегая требованиями агроэкологических законов и закономерностей, нарушить в окружающей среде экологическое равновесие.

Надо хорошо представлять, что проблемы оптимизации природопользования не могут решаться за 5, 10 и даже 20 лет. Это доказали нам трагедии в Чернобыле и на Арале. Наши потомки не должны испытать на себе экологическое возмездие за непродуманные действия нынешнего поколения. Всегда надо помнить, чтоЪколо-гичное экономично, ибо биогеохимический круговорот элементов в производстве — основа его экономической эффективности. Принцип приоритетности экологических мероприятий должен лежать в основе хозяйствования.

Контрольные вопросы и задания

1. Какова роль руководителей хозяйств и специалистов различных служб в повышении экологической культуры рабочих, служащих и населения? 2. Что необходимо знать специалисту агрономической службы, чтобы повысить плодородие полей? 3. Какие агротехнические приемы способствуют снижению водной, ветровой и других видов эрозии и устраняют деформацию почвы в результате ее уплотнения техникой? 4. Назовите перспективные инженерные приемы совершенствования ходовых систем тракторов. 5. Каковы задачи инженеров-гидротехников и мелиораторов в улучшении мелиоративного состояния земель? 6. Каковы задачи зоотехников, зооинженеров и ветврачей в повышении продуктивности скота и снижении его заболеваемости? 7. Перечислите профилактические мероприятия в санитарных защитных зонах в сфере действия животноводческих объектов и комплексов. 8. Каковы задачи микрозаповедников и микрозаказников, их место в землепользовании хозяйства? 9. Каковы задачи лесоводов при облесении защитных водоохранных зон и водоисточников? 10. Какова роль лесонасаждений, орошаемых сточными водами химической и других видов промышленности, в их утилизации, доочистке и охране окружающей природной среды? 11. Назовите задачи главного бухгалтера по правильному формированию и использованию финансовых ресурсов на природоохранные мероприятия. 12. Каковы задачи главного экономиста в проведении намеченных мероприятий по охране природы?

Глава 7

ЭКОЛОГО-СЕЛЬСКОХОЗЯЙСТВЕННЫЕ МЕРОПРИЯТИЯ ПО ПРОИЗВОДСТВУ ВЫСОКОКАЧЕСТВЕННЫХ ПРОДУКТОВ РАСТЕНИЕВОДСТВА И ЖИВОТНОВОДСТВА

Исторический переход древних народов от собирательства и охоты к развитию сельского хозяйства был порожден необходимостью поиска путей удовлетворения возрастающих потребностей населения в пище и другой продукции растительного и животного происхождения. С возникновением сельского хозяйства уклад жизни большинства населения планеты изменился. Появились земледельцы и животноводы — специалисты по производству продуктов растениеводства и животноводства.

Крестьяне, развивавшие сельскохозяйственное производство, обладали определенным объемом экологических знаний. Но экологические познания древних растениеводов и животноводов были ограниченными, скудными. Работники сельского хозяйства не имели представления об экологических системах, о биогеохими-ческих трофических цепях, но их практические навыки и действия носили более или менее выраженный экологический характер. Там, где работали экологично, растениеводство и животноводство развивались достаточно успешно. И наоборот, когда земледельцы нарушали законы природы, возникали экологические катастрофы и сельское хозяйство приходило в упадок.

Исследования в области исторической экологии показали, что при эрозии почв, заболачивании и засолении земель, опустынивании обширных территорий, других катаклизмах некогда процветавшие цивилизации погибали. Можно только догадываться, как в те далекие времена снижались урожайность культивируемых растений, продуктивность сельскохозяйственных животных и ухудшалось качество продукции растениеводства и животноводства. Известны многочисленные случаи вспышек заболеваний и гибели людей от голода из-за недостатка (или отсутствия) пищи, ее порчи, недоброкачественности (вредности, токсичности). Животная пища, загрязненная болезнетворными микроорганизмами, нередко служила причиной возникновения зооантропонозов — болезней, общих для животных и человека (например, сибирской язвы). *

7.1. СЕЛЬСКОХОЗЯЙСТВЕННАЯ ПРОДУКЦИЯ РАСТИТЕЛЬНОГО И ЖИВОТНОГО ПРОИСХОЖДЕНИЯ,

КАК РЕЗУЛЬТАТ, ФУНКЦИОНИРОВАНИЯ БИОГЕОХИМИЧЕСКОЙ ТРОФИЧЕСКОЙ ЦЕПИ

Продукция сельскохозяйственного производства весьма разнообразна. Зерно, фрукты и овощи, мясо, молоко, кожа, шерсть, перья и масса других продуктов растениеводства и животноводства производятся человеком для удовлетворения своих биологических, материальных, научных, культурных, эстетических и духовных потребностей.

Сельское хозяйство — основной производитель растительной и животной пищи для человека. Производство продуктов питания для человеческого общества является главной, но далеко не единственной задачей сельского хозяйства. Немаловажную роль оно играет в создании сырьевых ресурсов для промышленности. Например, хлопок, лен и шерсть являются сырьем для промышленного производства тканей. Кожу используют для изготовления обуви, других изделий. На специальных предприятиях (фармзаводах, биофабриках) производят лечебно-профилактические препараты: витамин А из моркови и томатов, гематоген — из крови, инсулин — из поджелудочной железы животных и др.

Производство сельскохозяйственной продукции базируется на умении человека «эксплуатировать работу» по синтезу органических веществ организмами, входящими в состав биогеохимической трофической (пищевой) цепи почва -»вода —» воздух —»растения —> животные —> человек. В приведенной схеме отражены организмы трофических уровней и объекты их питания. Объектами питания растений, в том числе культивируемых, служат компоненты неживой природы — питательные вещества, содержащиеся в почве, гидросфере и атмосфере.

Растения являются объектами питания гетеротрофных организмов — консументов (потребителей). К консументам относятся животные, в том числе сельскохозяйственные. Большинство домашних млекопитающих и птиц растительноядны (травоядны). Растительноядные животные — объект питания хищников и паразитов. Из сельскохозяйственных животных к плотоядным можно отнести лис, норок, другие виды пушных зверей, разводимых в звероводческих хозяйствах.

Замыкает пищевую цепь человек, который потребляет и растительную, и животную пищу, поэтому по типу питания его можно отнести к всеядным. Человек — универсальный потребитель сельскохозяйственной продукции. Он использует ее не только для питания, но и в других целях, например для изготовления одежды, производства лекарств и т. д.

Процесс производства сельскохозяйственной продукции управляется человеком с древних времен. Вначале это делалось интуитивно, путем проб и ошибок. С появлением экологии как науки и отрасли практической деятельности людей управление сельскохозяйственным производством осуществляется на научной основе.

Развитие сельскохозяйственной экологии расширило возможности людей в проведении научно обоснованных мероприятий по регуляции и оптимизации биогеохимических пищевых цепей с целью увеличения урожайности культивируемых растений и продуктивности сельскохозяйственных животных, улучшения качества продукции растениеводства и животноводства. Проблема качества сельскохозяйственной продукции стоит особенно остро.

7.2. ПОНЯТИЕ ОБ ЭКОЛОГИЧЕСКИ ЧИСТОЙ СЕЛЬСКОХОЗЯЙСТВЕННОЙ ПРОДУКЦИИ

Рыночная экономика способствовала широкому распространению многочисленных терминов типа «продукт экологически чистый», «свежий», «выращенный с использованием только органических удобрений», «выращенный без применения пестицидов» и т. д. Особенно много пишут и говорят об экологической чистоте продуктов питания. Продукты растительного и животного происхождения, предназначенные для продажи, рекламируются чаще всего как экологически чистые.

Производство высококачественной, экологически безвредной продукции растениеводства и животноводства — одно из обязательных условий устойчивого развития общества. Необходимо принять законы, запрещающие коммерсантам называть товары экологически чистыми без достаточных на то оснований, так как этим могут прикрываться и маскироваться сомнительная чистота товара, его недоброкачественность и даже вредность.

Вольное обращение с терминологией в рекламных целях недопустимо и весьма опасно. Оно может привести к экологической катастрофе — заболеваемости и даже смертности людей. Эндемии, обусловленные потреблением недоброкачественных продуктов питания, зарегистрированы во многих странах мира. Так, например, в Российской Федерации и странах СНГ зарегистрированы случаи массовых отравлений людей при потреблении ими загрязненных пестицидами пищевых продуктов растительного и животного происхождения.

Наименование и характеристика пищевого продукта должны отвечать требованиям ГОСТ Р 51074—97, принятым и введенным в действие постановлением Госстандарта России от 17 июля 1997 г.

7.3. САНИТАРНО-ГИГИЕНИЧЕСКАЯ ОЦЕНКА ПРОДОВОЛЬСТВЕННОГО СЫРЬЯ И ПИЩЕВЫХ ПРОДУКТОВ РАСТЕНИЕВОДСТВА И ЖИВОТНОВОДСТВА

Экологическую и санитарно-гигиеническую оценку продовольственной сельскохозяйственной продукции проводят с учетом правил, норм и гигиенических нормативов (СанПиН 2.3.2.560—96), разработанных для Российской Федерации. На территории России они введены в действие постановлением Госкомсанэпиднадзора России № 27 от 24 октября 1996 г. В них описаны установленные законом или ограниченные правилами и стандартами нормируемые параметры, четко сформулированы термины и понятия.

Под продовольственным сырьем в СанПиН 2.3.2.560—96 подразумеваются объекты живой и косной природы, используемые для производства пищевых продуктов. Продукты, потребляемые в пищу в натуральном или переработанном виде, называются пищевыми. Термин «пищевой продукт» следует отличать от термина «пищевая продукция». В федеральных санитарных правилах, нормах и гигиенических нормативах термином «пищевая продукция» обозначают продовольственное сырье, пищевые продукты и их ингредиенты, этиловый спирт и алкогольную продукцию («Гигиенические требования к качеству и безопасности продовольственного сырья и пищевых продуктов», 1997).

Часть сельскохозяйственной продукции рассматривается одновременно и как продовольственное сырье, и как пищевой продукт. Так, например, томаты, предназначенные для изготовления томатного сока, — продовольственное сырье. Те же томаты, потребляемые в пищу, — пищевой продукт. Молоко, используемое для приготовления сливочного масла и других молочных продуктов, — продовольственное сырье. То же молоко, потребляемое в пищу, — пищевой продукт.

Федеральные санитарные правила, нормы и гигиенические нормативы — это научно обоснованный и законодательно утвержденный правовой документ. Он позволяет эксперту гигиенисту-экологу сделать обоснованное заключение о доброкачественности или недоброкачественности продовольственного сырья и пищевых продуктов сельскохозяйственного производства. Заключение о качестве продовольственного сырья и пищевых продуктов основывается на результатах экспертизы с применением законодательно утвержденных методов исследований.

При исследовании продовольственной сельскохозяйственной продукции используют органолептические, физико-химические, радиологические, микологические, микробиологические, паразитологические методы. Система показателей, полученных в результате исследований, позволяет судить о пищевой ценности, потребительских свойствах и безопасности для человеческого организма оцениваемой продукции.

Органолептические показатели — общий вид, цвет, запах, вкус и консистенция исследуемого материала — должны соответствовать признакам, характерным для данного вида пищевой продукции, ее специфическим свойствам. Продовольственное сырье и пищевые продукты не должны иметь посторонних запахов, привкусов и включений.

Содержание потенциально опасных химических соединений, радионуклидов и биологических объектов, обнаруженных с помощью специальных исследований, не должно превышать допустимых уровней в заданной массе (объеме) исследуемого материала. Например, содержание кадмия в продовольственном зерне (пшенице, ячмене, рисе, кукурузе, просе и др.) не должно превышать 0,1 мг/кг, в мясе и в полуфабрикатах — 0,05 мг/кг. В зерне и в мясе допустимый уровень ртути не более 0,03 мг/кг.

При экспертизе пищевой продукции большое внимание уделяется определению остаточных количеств минеральных удобрений, средств защиты растений и т. д. В продовольственном сырье и пищевых продуктах растениеводства определяют соли азотной и азотистой кислот, в мясе — метаболиты нитратов (N-нитрозамины). При экспертизе продовольственного сырья и пищевых продуктов проводят определение остаточных количеств пестицидов как глобальных загрязнителей.

Большое экологическое и санитарно-гигиеническое значение имеет оценка продовольственного сырья и пищевых продуктов на содержание в них радионуклидов, особенно долгоживущих — цезия-137 и стронция-90.

В мясе, других продуктах животного происхождения регламентируется содержание стимуляторов и фармакологических препаратов, используемых в животноводстве и ветеринарии.

Продукты убоя исследуют на наличие в них остаточных количеств применяемых в хозяйстве антибиотиков группы тетрациклина, гризина, бацитрацина. В молоке и молочных продуктах определяют содержание пенициллина, стрептомицина, левомицетина, тетрациклина.

Продовольственное сырье и пищевые продукты растительного и животного происхождения, предназначенные для детского питания, должны быть свободны от бензопирена — опасного тератогена и мутагена.

Большое внимание уделяют оценке продовольственной продукции на содержание в ней микотоксинов. Для зерновых продуктов основным микотоксином-загрязнителем считается дезоксинивале-нод (вомитоксин), для орехов и семян масличных культур — афла-токсин Вь для фруктов и овощей — патулин, для молока — афла-токсин Mi-

Паразитологическим исследованиям подвергают продовольственную продукцию растительного (овощи, фрукты, ягоды) и животного (мясо и др.) происхождения. Не допускается наличие яиц и личинок гельминтов и цист кишечных патогенных простейших в свежей столовой зелени, овощах, фруктах и ягодах, личинок трихинелл и финн (цистицерков) в мясе и мясных продуктах.

Большое санитарно-гигиеническое и экологическое значение имеют микробиологические исследования по обнаружению в пищевой продукции условно-патогенных (кишечная палочка и др.), патогенных (сальмонеллы и др.) микроорганизмов, особенно вызывающих общие болезни животных и человека (зооантропонозы).

Уделяется внимание контролю продовольствия на содержание в нем дрожжей, плесневых грибов и других микроорганизмов «порчи».

О пищевой ценности продовольственной продукции судят по содержанию в ней белков, жиров, углеводов, витаминов, макро- и микроэлементов.

Санитарно-гигиеническая оценка качества продовольственного сырья и пищевых продуктов растениеводства и животноводства — одно из основных условий в системе мероприятий по сохранению здоровья людей. Экологический союз России будет присваивать товарам с экологическими достоинствами знак «белый лотос».

7.4. СНИЖЕНИЕ КАЧЕСТВА ПРОДУКЦИИ ИЗ-ЗА НАРУШЕНИЯ УСЛОВИЙ ПИТАНИЯ И ЖИЗНЕДЕЯТЕЛЬНОСТИ СЕЛЬСКОХОЗЯЙСТВЕННЫХ РАСТЕНИЙ И ЖИВОТНЫХ

Питание — одна из основных функций организмов. От условий питания и места обитания во многом зависят рост и развитие растений. Нарушение корневого питания, связанное с эрозией почв, их засолением и заболачиванием, сопровождается снижением урожайности сельскохозяйственных культур и ухудшением качества растениеводческой продукции. Установлено, что в зерне пшеницы, выращенной на эродированных полях, снижено содержание белка, крахмала, клейковины, микроэлементов. Продовольственные качества зерна ухудшаются.

Значительно ухудшается качество продуктов растениеводства при загрязнении среды обитания растений. Чаще всего окружающая среда загрязняется отходами промышленных предприятий, пестицидами, применяемыми в сельском хозяйстве, стоками животноводческих ферм и комплексов. Загрязнение среды может стать причиной накопления в тканях растений большого количества солей азотной (и азотистой) кислоты, остаточных количеств пестицидов, тяжелых металлов, радионуклидов. Под влиянием поллютантов и ксенобиотиков качество растительного продовольственного сырья и пищевых продуктов снижается. Растительная пища становится недоброкачественной, нередко вредной и даже токсичной и патогенной (болезнетворной для человека).

Токсиканты, содержащиеся в фитомассе, поступают в последующие звенья пищевой цепи. Они оказываются в организмах гете-ротрофов, в том числе в телах сельскохозяйственных животных. Распределение веществ-токсикантов в организме животных, как правило, неравномерно; оно зависит от физико-химических свойств загрязнителей и других факторов. Так, ДДТ концентрируется главным образом в жировой ткани, свинец — в печени и почках, кадмий — в почках, радиоактивный йод — в щитовидной железе, стронций — в костях.

Многие химические соединения, мигрирующие по пищевой цепи, преобразуются, превращаясь в новые формы. Некоторые из них обезвреживаются, другие, наоборот, становятся более вредоносными. Концентрация стойких химических веществ и долгоживущих радионуклидов увеличивается в конечных звеньях пищевой цепи, в том числе в организме человека. Под влиянием поллютантов и ксенобиотиков, содержащихся в организме животных, качество животноводческой продукции снижается. Продовольственное сырье и пищевые продукты животного происхождения нередко становятся недоброкачественными или даже вредными, патогенными.

На функционирование биогеохимической пищевой цепи и качество продуктов растениеводства и животноводства определенное влияние оказывают климатические (микроклиматические), гидрологические, биоценотические, антропогенные факторы. При неблагоприятной погодно-климатической обстановке во время засух, проливных дождей и наводнений, при массовых заболеваниях растений и животных, в период антропогенных экологических катастроф условия для развития растениеводства и животноводства могут резко ухудшаться. Это приводит к снижению масштабов производства сельскохозяйственной продукции растительного и животного происхождения и ухудшению ее качества.

7.5. МЕРОПРИЯТИЯ ПО УЛУЧШЕНИЮ КАЧЕСТВА СЕЛЬСКОХОЗЯЙСТВЕННОЙ ПРОДУКЦИИ

Успешное развитие растениеводства и животноводства, улучшение качества сельскохозяйственной продукции возможны при проведении мероприятий, разработанных на основе результатов объективной экологической оценки аграрного ландшафта и входящих в него агробиогеоценозов, пастбищных и ферменных БГЦ.

Экологическую оценку природных комплексов и их компонентов осуществляют с помощью мониторинга. Термин «мониторинг» означает наблюдение, предостережение. Он был введен в литературу в 1971 г. в связи с подготовкой к Стокгольмской конференции ООН по окружающей среде (1972). Термин получил широкое распространение в экологии, в науке об охране природы. Под мониторингом понимают систему наблюдения и контроля за состоянием природных комплексов, их эволюционными и антропогенными изменениями.

Мониторинги классифицируют по объектам контроля, методам их исследования и другим признакам. Различают мониторинги: глобальный, региональный, базовый (фоновый), импактный (в особо опасных зонах и местах), авиационный (осуществляемый с помощью самолетов и вертолетов), космический (с применением космических средств наблюдения), экологический (экосистем-ный), санитарно-токсикологический и др.

Для оценки сельскохозяйственных экосистем и процессов, связанных с производством продуктов растениеводства и животноводства, применяют экологический и санитарно-токсикологический мониторинг.

Под экологическим мониторингом понимают систему наблюдения и контроля за состоянием экосистем (биогеоценозов). П. К. Митрюшкин и соавторы (1987) отмечают, что о степени антропогенного изменения исследуемых экосистем судят по результатам их сопоставления с природными аналогами (заповедными территориями) или специальными стационарами — опытными участками (биогеоценозами). О состоянии природных биосферных заповедников можно судить поданным глобального (биосферного) мониторинга. Поэтому результаты собственных исследований аграрного ландшафта должны быть проанализированы с учетом экологической информации, накопленной глобальным мониторингом (по материалам международной биологической программы и др.).

При санитарно-токсикологическом мониторинге осуществляют наблюдения за качеством окружающей среды, степенью ее загрязнения вредными веществами, шумами, патогенными микроорганизмами, проводят изучение влияния вредоносных факторов БГЦ на растительный и животный мир, на человека. О негативных изменениях ландшафтов судят по экологическим признакам, свидетельствующим о нарушениях земель при разработке месторождений нефти, газа, руд, о загрязнении территории выбросами и стоками животноводческих комплексов, пестицидами, тяжелыми металлами, радионуклидами.

Характерными признаками «болезни» аграрного ландшафта являются эрозия почв, их засоление, усыхание, исчезновение ма-

лых рек и речек, цветение закрытых водоемов (эвтрофикация), деградация пастбищ, лесных насаждений, снижение урожайности сельскохозяйственных культур, высокая заболеваемость и гибель (смертность) растений (эпифитотии) и животных (эпизоотии).

Для более подробного изучения экологической ситуации в аграрном ландшафте исследуют объекты растениеводства (поля, сады и др.) и животноводства (пастбища и животноводческие фермы). Методы экологической оценки агробиоценозов, пастбищных и ферменных БГЦ пока подробно не разработаны. Но и накопленный материал свидетельствует, что оценка состояния культивируемых растений и сельскохозяйственных животных при решении проблемы производства полноценных, безопасных продуктов растениеводства и животноводства имеет большое, нередко решающее значение.

7.5.2. ВОССТАНОВЛЕНИЕ И УЛУЧШЕНИЕ НАРУШЕННЫХ ЗЕМЕЛЬ

Во многих странах мира накоплен большой положительный опыт рекультивации нарушенных земель. Однако проблему восстановления экологических систем до сих пор нельзя считать решенной. Более того, острота проблемы из года в год возрастает, так как масштабы нарушений земель увеличиваются (при добыче полезных ископаемых, земляных работах и др.).

Нарушенные земли — «раны» биосферы. Экосистемные «раны» вполне сопоставимы с ранами организма. Изменения биогеоценоза как сверхорганизма во многом зависят от выраженности нанесенной ему «травмы», т. е. от обширности и глубины нарушений земель. При небольших «травмах» возможно самовосстановление биогеоценоза. При обширных нарушениях земель биогеоценоз необходимо «лечить», иначе он погибнет.

Рекультивация нарушенных земель и восстановление их плодородия — древнее занятие земледельцев. Люди научились превращать нарушенные земли в экологически полезные территории, в том числе сельскохозяйственные угодья. На местах нарушенных земель создают аграрные и промышленные предприятия, водоемы разного пользования, лесонасаждения, рекреационные зоны, реже — сельскохозяйственные угодья для производства продуктов растениеводства и животноводства.

Земли, предназначенные для производства продовольственного сырья и пищевых продуктов, должны подвергаться экологической экспертизе. Экологическая чистота геохимической пищевой цепи во вновь сконструированных биогеоценозах аграрного ландшафта — основное условие получения сельскохозяйственной продукции высокого качества.

Проблемы, связанные с засолением почв, их подтоплением и заболачиванием, находятся в центре внимания ученых ад общественности. В научном обосновании и в практической реализации задач, связанных с устранением засоления почв и заболачивания территорий, сделано очень много. Но и эту проблему решить окончательно еще не удалось.

Борьба с эрозией почв — одно из необходимых условий восстановления их плодородия. Учеными разработаны эффективные методы борьбы с ветровой и водной эрозией, оврагообразованием. Создана специализированная противоэрозионная техника (плоскорезы, щелеватели и др.), разработана противоэрозионная технология обработки почв в зависимости от их физико-химических свойств, природно-климатических условий местности и ряда других факторов. Широкое признание получила принципиально новая система обработки почв, предложенная академиком Т. С. Мальцевым для районов Зауралья и Западной Сибири. В Алтайском крае успешно внедрена почвозащитная система земледелия академика А. И. Бараева, разработанная для зон ветровой эрозии почв.

В нашей стране и за рубежом накоплен большой положительный опыт мелиорации земель — системы организационно-хозяйственных и технических мероприятий, направленных на улучшение почвенных, микроклиматических и гидрологических условий в целях повышения урожайности сельскохозяйственных культур и улучшения качества растениеводческой продукции. Яркими примерами эффективности мелиорации в сельском хозяйстве могут служить Каменная степь в России, Колхида в Грузии.

Под руководством известного русского почвоведа В. В. Докучаева в Каменной степи Воронежской области в конце прошлого века были проведены лесомелиоративные работы. Докучаевские лесные полосы до сих пор оказывают благоприятное влияние на аграрные ландшафты и их компоненты: поля, сады, огороды, пастбища, животноводческие фермы и комплексы, служат надежным помощником в борьбе с засухой. Расположенные здесь хозяйства при любых погодных условиях производят высококачественное продовольственное сырье и пищевые продукты растительного и животного происхождения.

Другой пример — Колхида. Здесь влажный климат, заболоченная местность. И эта неблагополучная по природно-климатическим услбвиям территория Западной Грузии была превращена в плодородные поля, сады и плантации субтропических культур. Колхида — производитель высококачественного продовольственного сырья и пищевых продуктов.

Охрана сельскохозяйственных экосистем от загрязнений — одно из важнейших условий производства экологически чистой сельскохозяйственной продукции. Охрану агросферы от загрязнений проводят на разных уровнях ее организации: ландшафтном, биогеоценотическом, организменном. Природоохранные санитарно-гигиенические мероприятия, проводимые на ландшафтном

уровне, предполагают охрану от загрязнения аграрного ландшафта, на биогеоценотическом — биогеоценозов аграрных, пастбищных, ферменных, на организменном — защиту внутренней среды индивида, бионта (т. е. растения или животного).

Охрана растений и животных от загрязнений на организменном уровне. С точки зрения эндоэкологии большой интерес представляет охрана от загрязнений внутренней (внутриорганизменной) среды. Охране внутренней среды организма от загрязнений много внимания уделяют патологи, токсикологи, фармакологи и терапевты, специалисты других профилей.

Охрана внутренней среды организма от химических загрязнений. Экологи-фитопатодоги, экологи-ветврачи обратили внимание на проблему охраны от загрязнений внутренней среды организма растений и животных как необходимого мероприятия при производстве экологически чистой фитомассы и зоомассы, используемой человеком в качестве продовольственного сырья или пищевых продуктов. Как специалисты-лечебники они пришли к выводу о необходимости проведения мероприятий по охране внутренней (внутриорганизменной) среды культивируемых растений и сельскохозяйственных животных от загрязнений средствами их минерального питания, стимуляции роста и развития, лечебно-профилактическими фармакологическими препаратами и пестицидами, используемыми в фитопатологии и ветеринарии для уничтожения возбудителей болезней (патогенных микроорганизмов) и вредителей (насекомых-фитофагов и др.). Так, например, ограничение в применении минеральных азотных удобрений приводит к снижению концентрации нитратов в тканях кормовых растений и, следовательно, способствует предупреждению нитратного токсикоза у крупного рогатого скота и травоядных животных других видов.

Запрет на использование ДДТ как средства защиты растений от патогенов и насекомых-фитофагов, как лечебно-профилактического препарата при чесотке и других паразитарных болезнях животных оказался необходимой мерой борьбы за экологическую чистоту и безвредность продовольственного сырья и пищевых продуктов растительного и животного происхождения, предупреждение отравления у людей. Ограничения на применение каломеля, других ртутных препаратов, загрязняющих внутреннюю среду организма животных ртутью, служат важным элементом в системе мероприятий по сохранению экологической чистоты и безвредности мяса, других пищевых продуктов животного происхождения.

Важное значение имеет замена «химических» лекарств нехимическими. Использование массажа, гидротерапии, других подобных методов лечения и профилактики болезней животных не приводит к возникновению побочной экологической проблемы загрязнения продовольственного сырья и пищевых продуктов, снижения их качества. Например, каломель как лекарственное средство при терапии лошадей, больных атонией и завалом толстых кишок (копростазом), может быть заменен водой — (гидротерапией в форме клизм), массажем брюшной стенки и прогулками животного на свежем воздухе. Вода, массаж и моцион — экологически чистые методы лечения, так как они не загрязняют «внутриорганизмен-ную» среду лошади и, следовательно, не оказывают отрицательного влияния на качество конины и кумыса. Опасность лекарственного загрязнения продовольственного сырья и пищевых продуктов животного происхождения не возникает при использовании в ветеринарной практике аутогемотерапии, серотерапии, лактотерапии, диетотерапии с включением в диету больных животных моркови, других богатых витаминами растений, физических методов лечения и профилактики болезней (ультрафиолетовые и длинноволновые лучи, электротоки).

Следовательно, использование экологических методов защиты растений и животных от заболеваний имеет важное санитарно-гигиеническое и экономическое значение в решении проблем, связанных с производством сельскохозяйственной продукции высокого качества.

Очистка организма крупного рогатого скота от засорений мусором. Загрязнение среды мусором — причина вспышек энзоотий травматического ретикули-та и перикардита крупного рогатого скота. Травматический ретику-лит (и перикардит) относят к разряду кормового травматизма. Возникновение болезни связано с поеданием животными корма, загрязненного кусками проволоки, гвоздями, другими остроконечными предметами. Остроконечное тело, попавшее в преджелудки, может травмировать сетку. Под влиянием судорожных сокращений сетки оно вонзается в стенку органа, перфорирует ее и перемещается в брюшную полость. Мигрируя в организме, инородное тело может повредить диафрагму, сердце, вызвать гнойно-гнилостное воспаление перикарда и других органов.

В ветеринарной практике используют метод очистки содержимого преджелудков от ферромагнитных инородных тел. Для этого используют специальные устройства — зонды с магнитной головкой. Магнит притягивает находящиеся в преджелудках ферромагнитные тела и фиксирует их на своей поверхности. С помощью магнита, извлекаемого из пищеварительного тракта в процессе зондирования, преджелудки очищаются от ферромагнитных загрязнителей.

Целью «магнитного» зондирования крупного рогатого скота является профилактика травматического ретикулита и перикардита—тяжелых заболеваний, нередко заканчивающихся летально. Защита животных от заболеваний травматическим ретикулитом и перикардитом входит в систему мероприятий по производству говядины и молока высокого качества.

Ландшафтный уровень токсиколого-гигиенических мер по охране среды от загрязнений. Охрана аграрных ландшафтов от загрязнений предусматривает систему мероприятий, направленных на повышение экологической безопасности двигателей внутреннего сгорания в различных устройствах, особенно на автомобилях, тракторах; совершенствование сооружений по очистке отходов производств; разработку и внедрение безотходных технологий; снижение масштабов использования пестицидов, особенно ксенобиотиков.

Совершенствование двигателей внутреннего сгорания в целях повышения их экологической чистоты. Один из главных потребителей углеводородного и минерального топлива — сельское хозяйство При сжигании топлива среда загрязняется выбросами С02, другими соединениями. Для снижения токсичности выхлопных газов автомобилей, тракторов, другой сельскохозяйственной техники, функционирующей с помощью двигателей внутреннего сгорания, рекомендуется совершенствовать конструкцию карбюраторов, в которых регулятор разряжения способен снижать выброс токсичных веществ; переводить автомобили на газообразное топливо, в частности на сжиженный газ. Перспективно использование в качестве топлива водорода, при сжигании которого отходом является чистая вода; глушители заменять нейтрализаторами для катализации выхлопных газов.

Ведется поиск экологически чистых транспортных средств. Перспективны, по-видимому, электромобили — бездымные и бесшумные транспортные средства. Однако вопрос использования электромобилей как экологически чистого транспорта пока нельзя считать полностью решенным.

Охрана природной среды от загрязнений отходами предприятий. В производстве высококачественных и безопасных продуктов растениеводства и животноводства большое значение имеет охрана аграрных ландшафтов от загрязнений газообразными, жидкими и твердыми отходами промышленных и сельскохозяйственных производств. Методы очистки, применяемые в очистных устройствах (сооружениях), различны. Выбор способов охраны природы от загрязнений зависит от особенностей загрязнителя, типа производства (предприятия) и от экологических условий, сложившихся в аграрном ландшафте и его окружении.

При очистке сточных вод используют механические, физикохимические и биологические методы. С помощью метода механической очистки из стоков удаляют механические примеси. Грубо-дисперсные частицы улавливают решетками и ситами, нефть — нефтеловушками, масла — маслоуловителями. Механическая очистка позволяет удалить из стоков до 60—95 % примесей.

Метод физико-химической очистки состоит в удалении загрязнителей с помощью химических реагентов, вступающих с ними в реакцию и способствующих их выпадению в осадок. В качестве адсорбентов используют глину, торф, активированный уголь. Воду для обезвреживания хлорируют. Хлор действует антимикробно, разрушает поверхностно-активные вещества (ПАВ), канцероген безопирен, связывает аммиак и является дезодорантом. Очистка стоков от нерастворимых загрязняющих веществ с помощью физико-химического метода достигает 95 %.

Биологический метод очистки стоков основан на минерализации органических веществ — загрязнителей микроорганизмами-редуцентами. В разложении органических веществ принимают участие бактерии, простейшие, клещи, личинки мух, черви и другие организмы, составляющие биоценоз очистных сооружений. Биологической очистке подвергаются стоки животноводческих комплексов. Очистка стоков в аэротенках достаточно эффективна (90—95 %). Однако начальная концентрация органических веществ даже в очищенных сточных водах превышает допустимый уровень и не отвечает санитарно-гигиеническим требованиям для сброса их в открытые водоемы.

Защита вод от загрязнений осуществляется при естественных процессах самоочищения в биологических прудах. В них, как отмечают Ю. И. Ворошилов и Т. С. Мальцман, достигается высокое качество очистки при простых и дешевых способах эксплуатации. Недостаток биологических прудов — сезонность их «работы». В зимний период процессы самоочищения затухают и пруды служат лишь в качестве промежуточных накопителей сточных вод. Поэтому «работу» биологических прудов целесообразно сочетать с использованием полей орошения.

На пастбищах, орошаемых стоками, выпас животных возможен только после токсиколого-гигиенических исследований травостоя и мест водопоя. Технология очистки сточных вод совершенствуется — созданы установки, превращающие стоки в воду «родниковой» чистоты. Но подобные очистные устройства из-за большой дороговизны не нашли еще широкого применения. Разрабатываются очистные сооружения, функционирующие по замкнутому циклу; они позволяют не только не загрязнять среду, но и экономно расходовать воду.

Остро стоит проблема охраны среды от газообразных выбросов промышленных предприятий. Природоохранная работа заключается в замене старых, малоэффективных систем очистки новыми, более эффективными. Разработаны очистители, которые улавливают 98—99 % большинства видов дыма, сажи, газов, загрязняющих атмосферу. В окрестностях многих заводов, где установлены электрофильтры, воздух стал чище.

Технология работы устройств, предназначенных для очистки выбросов и стоков, позволяет не только предохранять среду от вредных загрязнений, но и извлекать из отходов ценные продукты.

Например, улавливание цемента позволило не создавать несколько новых цементных заводов и, следовательно, получить не только положительный экологический и санитарно-гигиенический результат, но и существенный экономический эффект.

Безотходные технологии, их роль в охране аграрных ландшафтов от загрязнений. Идея о безотходных технологиях на предприятиях народного хозяйства впервые была выдвинута русскими учеными Н. Н. Семеновым и И. В. Петряновым (Петряновым-Соколовым). В 1968 г. И. В. Петрянов сформулировал положение о необходимости перспективного проектирования технологий, которые обеспечивали бы максимальную или даже практически полную утилизацию всехот-ходов. Речь идет о том, чтобы не просто очищать ненужные сточные воды и газовые выбросы, а не допускать их появления, снова и снова вовлекая отходы в производство для получения традиционных и новых полезных человеку продуктов.

Перед учеными и работниками народного хозяйства поставлена задача создания экологически чистых «бессточных» и «бесструб-ных» предприятий. Проблема эта сложна, но разрешима, так как в природе нет отходов, которые в дальнейшем нельзя где-нибудь использовать. Любые жидкие, твердые или газообразные отходы — это химические соединения, которые в той или иной форме могут быть использованы человеком.

Еще в конце прошлого века великий химик Д. И. Менделеев говорил о важности и необходимости хозяйственного использования «отбросов» производства или потребления (в то время термин «отходы» еще не существовал).

Зарождение и развитие экологической концепции о безотходной технологии — яркое свидетельство заслуг отечественных ученых в постановке и развитии научных проблем, повлиявших на судьбу цивилизации.

Как и все новое, концепция Н. Н. Семенова и И. В. Петрянова о безотходной технологии научной общественностью не была принята сразу. Многим ученым она казалась недостаточно убедительной. Однако период настороженного отношения к идее был непродолжительным. Относительно быстро концепция безотходной технологии и отражающая ее соответствующая терминология вошли в научный обиход и получили право гражданства. Термин «безотходная технология» был употреблен в 1975 г. в Большой Советской Энциклопедии. Идея о безотходной технологии получила признание не только в нашей стране, но и во всем мире.

Теоретические, прикладные и экономические проблемы развития безотходной технологии впервые были глубоко и всесторонне проанализированы на Международном симпозиуме стран СЭВ и СФРЮ в 1976 г. в Дрездене. В 1979 г. в Женеве собралось Общеевропейское совещание по сотрудничеству в области охраны окружающей среды. На нем была принята Декларация о малоотходной и безотходной технологиях и использовании отходов. Страны, подписавшие декларацию, обязались охранять окружающую среду, рационально использовать природные ресурсы. В декларации подчеркивалась необходимость государственного поощрения малоотходной и безотходной технологий и использования отходов как вторичных ресурсов (сырья).

Проблема обстоятельно обсуждалась и в России — на Первой Всесоюзной конференции по научно-техническим аспектам безотходных производств, состоявшейся в 1977 г. в АН СССР.

Обобщая материалы, накопленные к тому времени, ученые пришли к выводу, что безотходная технология развивается в четырех основных направлениях (Ласкорин, Циганков и др.):

создание бессточных производств путем внедрения в технологический процесс замкнутых водооборотных циклов (рис. 21);

разработка систем переработки отходов, рассматриваемых в качестве вторичного сырья (вторичных ресурсов);

создание принципиально новых технологий, позволяющих резко уменьшить или почти исключить образование отходов;

формирование территориально-промышленных комплексов (ТПК), имеющих замкнутую структуру потоков сырья и отходов. Отходы одного производства являются вторичным сырьем для другого и т. д.

Выбор той или иной формы безотходной технологии определяется спецификой работы предприятия, природными особенностями региона, экономической целесообразностью перестройки существующих или создания новых технологических систем (подсистем).

Положение о том, что все безотходные технологии, какими бы совершенными они ни были, не являются безотходными, верно. Побочные производственные отходы, хоть и небольшие, но всегда имеются. Поэтому некоторые ученые говорят не о безотходных, а о малоотходных технологиях.

природный сток реки

Рис. 21. Схема оборотного водоснабжения с повторным использованием очищенных сточных вод (по А. С. Степанов-ских):

нительной очистки общего стока

1 — водозабор; 2 — фильтровальная и насосная станции; 3 — градирни охлаждения оборотной воды; 4 — станция очистки (нейтрализации) сточных вод; 5—станция биохимической очистки производственных и бытовых сточных вод; 6 — бассейн допол-

Согласно экологическому закону развития природной системы за счет окружающей среды создание абсолютно безотходных технологий, как и вечного двигателя (перпетуум-мобиле), невозможно (Реймерс). С экологической точки зрения, подчеркивает автор, можно рассчитывать на создание лишь малоотходных производств. Так называемая безотходная технология, считает он, в дальнейшем будет развиваться и совершенствоваться. На первом этапе развития безотходная технология должна стать малоресурсоемкой, давать максимум продукта при минимуме затрат сырья.

Для второго этапа характерно создание цикличности производства (отходы одного производственного процесса могут стать сырьем для другого), третий этап — организация разумной утилизации неизбежных отходов (их захоронения, обезвреживания, нейтрализации).

Понятие «экологизация технологий», отмечал Н. Ф. Реймерс, должно раскрываться как техническое воплощение некоторых экологических принципов, скорее всего, принципа круговорота веществ. Экологичное предприятие не должно выделять в среду вредные отходы. Это могут быть только безвредные вещества, практически не отличающиеся от образующихся в природной среде.

Безотходные технологии расширяют возможности эффективного осуществления экологизации промышленного и сельскохозяйственного производств. В настоящее время подавляющее большинство агропромышленных предприятий работает по принципу сырье (природный ресурс) — продукты — отходы, в них нет завершающей фазы цикла отходы — сырье.

Необходимо, чтобы агропромышленные предприятия работали как природные биогеоценозы. В натурбиогеоценозах отходы одних видов организмов используются другими видами. Природные экосистемы функционируют миллионы лет, и в них загрязнения среды не происходит. Побывав в фазах жизни и смерти, химические элементы продолжают свое вечное движение в биотическом круговороте — необходимом условии длительного, практически вечного существования жизни на Земле.

Научная концепция о безотходной технологии нова. Но практическое ее использование в сельском хозяйстве было еще в глубокой древности. Многовековой опыт показал, что использование навоза — отхода животноводства для удобрения полей, садов и огородов не только целесообразно, но и необходимо. Утилизируясь в почве, навоз поддерживает почвенное плодородие.

Переход животноводства на промышленную основу сопровождается образованием большого скопления навоза. Он загрязняет среду и из блага превращается в зло. Поэтому в разных странах мира разрабатываются методы утилизации навоза и превращения животноводческих комплексов в геотехнические системы, работающие по принципу природных БГЦ («протеиновый конвертер» для откорма крупного рогатого скота и др.). "

Безотходные технологии внедряются и в мясо-молочную промышленность. Так, на Изобильненском мясокомбинате функционирует безотходная технология боенского производства (БП). Отходы БП — это вторичные ресурсы для производства продуктов растениеводства и животноводства в сопредельных хозяйствах. Каныга (содержимое желудочно-кишечного тракта) — эффективное органическое удобрение при выращивании кормовых растений («зеленки»). Из остатков разделки туш (костей и др.) на мясокомбинате готовят мясо-костную муку как составной компонент комбикорма, производимого на комбикормовом заводе.

Комбикорм и «зеленка» — продукты питания животных. Откормленный скот направляют для убоя на БП мясокомбината, и геохимический цикл БП — объекты кормопроизводства и животноводства повторяется. Но это еще не все. Технический жир — отход производства мясо-костной муки — компонент производимого здесь мыла, которое используют в санитарно-гигиенических целях в быту, в прачечных, в больницах и на самом мясокомбинате. Безотходные технологии нашли широкое распространение в промышленности многих стран мира.

Проблем на пути развития и совершенствования безотходной технологии, ее внедрения в промышленность и сельское хозяйство много. Экологические проблемы народного хозяйства могут быть разрешены совместными усилиями специалистов разных профилей.

Санитарно-гигиенические и лечебно-профилактические аспекты экологических проблем находят отражение в работах ученых и практиков по медицине и ветеринарии. В 1990 г. в Москве состоялся Международный симпозиум по экологическим аспектам фармации. В работе симпозиума участвовали научные работники Российской Федерации, ближнего и дальнего зарубежья. Основная часть докладов была посвящена экологическим проблемам технологии заготовки лекарственного сырья, его хранения, использования для приготовления лечебных препаратов и пищевых добавок, предназначенных для медицины. Речь шла главным образом о препаратах, изготовляемых из растительного сырья, и лишь один доклад был посвящен разработке безотходной технологии переработки поджелудочной железы при производстве инсулина.

Ксожалению, не было симпозиумов (научныхконференций, совещаний, и др.), посвященных обсуждению экологических проблем ветеринарной фармации. Но некоторые работы заслуживают особого внимания. Так, например, имеются материалы об успешном использовании отходов фенольного производства в качестве дезинфицирующего средства при дезинфекции животноводческих комплексов. Установлено, что отходы фенола обладают выраженными антибактериальными, противовирусными и дезинфекционными свойствами. Они могут быть использованы против воз-

будителей ящура, рожи, паратифов, листериоза, туберкулеза сельскохозяйственных животных.

Препарат апробирован при дезинфекции животноводческих комплексов Республики Марий Эл и Татарстана. Авторы разработок считают, что ими решены одновременно две проблемы: найдены экологичный путь утилизации отходов фенольного производства и очень дешевое дезинфекционное средство для обеззараживания животноводческих помещений, охраны животных от заражения ящуром, бруцеллезом, туберкулезом и другими заразными заболеваниями.

Ряд вопросов, связанных с безотходной технологией производства лекарственных препаратов и экологичным их использованием в ветеринарной практике, был рассмотрен на Всесоюзной научной конференции «Экологические проблемы фармакологии и токсикологии» (1990 г.).

И. М. Адабашев отмечает, что научно-технический прогресс ускорит внедрение безотходных технологий в народное хозяйство. Достижения науки и техники будут способствовать успешному решению глобальной проблемы — переходу биосферы в ноосферу — сферу разума.

Проблемы энергетики и охрана среды от загрязнений. Природные экосистемы функционируют за счет использования солнечной энергии. Преобразование природных экосистем в сельскохозяйственные сопровождалось вложениями дополнительной антропогенной энергии (энергетических дотаций). Антропогенная энергия используется при обработке почв, посеве сельскохозяйственных культур, уборке урожая и т. д. Энергетические вложения в животноводство необходимы для строительства животноводческих помещений, заготовки кормов, их консервирования, оборудования мест водопоя животных, поверхностного и коренного улучшения пастбищ, оборудования загонов для выпаса скота и т. д. Немало энергии затрачивается на производство минеральных удобрений, пестицидов, лечебно-профилактических препаратов, предназначенных для защиты растений и животных от заболеваний, и т. д.

Энергетические вложения в сельскохозяйственное производство непрерывно возрастают.

Доказано, что увеличение затрат дополнительной энергии в сельское хозяйство подчиняется закону снижения энергетической эффективности природопользования. Действие закона снижения энергетической эффективности природопользования в сфере сельского хозяйства имеет далеко идущие негативные последствия. Широкое использование минеральных удобрений, пестицидов, лечебно-профилактических препаратов в ветеринарии, медицине и фитопатологии приводит к загрязнению среды и возникновению ятрогенных болезней животных, растений и людей.

Этиологию ятрогенных болезней растений фитопатологи связывают с негативным влиянием на среду пестицидов (Попкова). Пестициды могут выступать в виде самостоятельного патогена, вызывающего неинфекционное заболевание растений, например токсикоз. В других случаях они негативно влияют на взаимоотношения между растением (макроорганизмом) и возбудителем болезни (микроорганизмом) и тем самым способствуют возникновению эпифитотий инфекционной природы, например мучнистой росы винограда при опрыскивании его цинебом.

Классической формой ятрогенных болезней животных (и людей) являются заболевания, вызванные нерациональным применением лекарств (Забелло). Заболеваемость, связанная с неграмотной деятельностью врачей, и породила термин «ятрогенные болезни» (от греч. jatros — врач, genao — порождаю). «Ятрогенную» патологию можно рассматривать как одну из форм «болезней цивилизации» растений, животных и людей.

Разработка энергосберегающих технологий представляет собой проблему не только экономическую, но и экологическую, санитарно-гигиеническую, врачебную. В энергосбережении большую роль должна сыграть адаптивная система ведения сельского хозяйства (табл. 4). Имеется много других форм сбережения энергии, например своевременный посев сельскохозяйственных культур, соблюдение сроков жатвы и сенокосов, закладки силоса, производства травяной муки, режима кормления и содержания животных на фермах, пастбищах, дойки коров, хранения молока и т. д.

4. Адаптивная система ведения сельского хозяйства (по Миркину и Наумовой, 1996)

Обработка почвы

Растениеводство

Животноводство

Использование рыхли- Селекция сортов на ус- Селекция пород с повышен-телей вместо плугов тойчивость ным коэффициентом биокон

версии

Применение занятых Размещение и райониро- Сбалансированный рацион паров вание сортов с учетом кормления животных

экологии

Использование седера- Введение смешанных по- Использование растительных ции севов остатков

Введение севооборотов Равномерное размещение ферм

на территории для снижения затрат энергии на транспортировку кормов и навоза

Профилактика энфитотий и энзоотий — метод предупреждения потерь энергии недополученного урожая сельскохозяйственных культур, молока и яиц, мяса, других продуктов животноводства.

Для предупреждения потерь животноводческой продукции объекты животноводства должны быть надежно изолированы от очагов опасных болезней (например, сибирской язвы) и от мест, загрязненных пестицидами и радионуклидами.

Животноводческие объекты необходимо размещать так, чтобы животные не делали продолжительных изнурительных переходов, требующих больших энергетических затрат. Животноводч ческие помещения должны быть хорошо утеплены, чтобы в холодное время года животные не затрачивали много энергии на обогрев своего тела (на поддержание температурного гомеостаза организма).

Основной носитель энергии в народном хозяйстве — органическое и минеральное топливо (каменный уголь и др.). Теплоэнергетика — опасный загрязнитель природной среды. Поэтому экологи обращают внимание на необходимость разработки и широкого использования в народном хозяйстве экологически чистых источников энергии. К экологически чистым, альтернативным источникам энергии относятся силы гравитации, лучи Солнца, движение ветра, тепло геотермальных вод.

Энергию гравитационных сил широко используют в гидроэлектростанциях. Механическая энергия вращения гидротурбин превращается в электрическую, которая затем потребляется в разных сферах народного хозяйства. Гидроузлы позволяют комплексно решать задачи производства электроэнергии, обеспечения предприятий водой, развития орошаемого земледелия. Недостаток ГЭС на равнинных реках — затопление лугов и пастбищ, полей, лесов.

Можно использовать энергию движения воды при приливах и отливах. Приливно-отливные силы используют для производства энергии на электростанции возле Мурманска. В последние годы все больше внимания обращают на геотермальную энергию. В Ирландии горячую подземную воду потребляют для подогрева огромных территорий теплиц. Экспериментальная геотермальная электростанция создана в России, на Камчатке.

Энергия ветра издавна использовалась человеком. В России было много ветряных мельниц. В некоторых государствах «ветряки» широко применяют и сейчас. В. Н. Гурницкий считает целесообразным создание ветроэлектростанций (ВЭС) в Армавирском (Невинномысском) ветровом коридоре Ставрополья. Здесь среднегодовая скорость ветра достигает 10— 12 м/с. В Ставропольской ГСХА разработаны установки ВЭС мощностью 50 кВт. Исследования показали, что годовые издержки на обслуживание таких ВЭС не превысят 5—10 % стоимости произведенной за год электроэнергии. Использование ВЭС позволило бы получить энергии в 7—8 раз больше, чем от всех вместе взятых современных электростанций Ставрополья.

Солнечная энергия пока еще потребляется недостаточно. Разрабатываются методы ее использования для производства электроэнергии, например в НПО «Солнце». "

Расширение масштабов рационального использования альтернативных источников экологически чистой энергии может сыграть существенную роль в развитии сельского хозяйства и производстве полноценной сельскохозяйственной продукции.

7.6. РОЛЬ ЭКОЛОГИЧЕСКОЙ политики и экономики В РЕШЕНИИ СЕЛЬСКОХОЗЯЙСТВЕННЫХ ПРОБЛЕМ

Развитие растениеводства и животноводства, производство экологически чистой продукции сельского хозяйства во многом зависят от экологической политики государства, состояния его экономики и уровня развития науки. Нельзя не согласиться с утверждением, что власть без прогрессивной науки слепа и бессильна, наука без просвещенной власти опасна. Экологическая политика предполагает научно обоснованную разработку природоохранных законов и их строгое соблюдение. Закон Российской Федерации «Об охране окружающей природной среды» принят в 1991 г. Согласно закону политические решения в области экологии России должны основываться на объективной оценке современной действительности и возможных антропогенных изменениях природных комплексов в ближайшем и отдаленном будущем. Большое значение придается экологической экспертизе новых проектов предприятий, техники, технологии с позиций их соответствия экологическим нормам, правилам и нормативам, требованиям охраны природной среды и экологической безопасности. В законе отражены экологические требования при размещении, проектировании, строительстве, реконструкции, вводе в эксплуатацию предприятий, сооружений и иных объектов.

В экологической политике определенное место отводится сельскохозяйственной науке и практике в области производства экологически чистой продукции растениеводства и животноводства.

При решении экологических проблем важен экономический механизм. Без необходимого экономического обеспечения экологические проблемы не будут решены. Опыт показывает, что природоохранные мероприятия успешно решаются в странах с развитой экономикой, например в Японии и Германии.

Но никакие крупные затраты на решение природоохранных проблем, устранение экологических катастроф не дадут желаемого результата, если не будет разработан научно обоснованный план действий. Планируемые и реализуемые мероприятия должны быть обоснованы не только экономически, но и экологически. На пути интеграции экологии и экономики много трудностей. Одна часть из них уже преодолена, другая требует разрешения. В течение длительного времени отсутствовал единый экологически и экономически обоснованный подход к оценке рыночных и нерыночных ценностей (ресурсов). Так, например, атмосферный воздух — крайне важный и совершенно необходимый для жизнедеятельности природный ресурс — был бесплатным, и в силу этого отсутствовали экономические стимулы по охране атмосферы. В настоящее время проблема платы за природные ресурсы, в том числе и за атмосферный воздух, находит положительное решение. Имеются обнадеживаю-' щие перспективы на формирование экологического рынка.

Экологический рынок, по Н. Ф. Реймерсу, можно определить как глобальный взаимовыгодный конкурентный обмен всем, что представляет экономическую, экологическую и социальную ценность. В последнее время говорят о рынке экологических услуг — обмене всем, что улучшает жизнь людей, экономит природно-ресурсный потенциал. В сферу экологического бизнеса и рынка попадает восемь направлений хозяйственной и социальной деятельности общества: 1 — измерительная и контрольная техника, 2 — ресурсосберегающие технологии и техника, 3 — использование вторичных ресурсов, 4 — экологическое воспроизводство и планирование, 5 — воспроизводство человека, 6 — рекреация, 7 — экологическое обучение, 8 — демографическая регуляция.

В Законе Российской Федерации «Об охране окружающей природной среды» сформулированы основные концепции экономических механизмов в решении экологических проблем, определены лимиты на использование природных ресурсов, предоставлены налоговые, кредитные и иные льготы за работы, повышающие эффективность природоохранных мероприятий, за разработку и внедрение в народное хозяйство методов сбора и рационального использования вторичного сырья, безотходных технологий.

Эффективная экологическая политика — действенный инструмент в решении проблем, связанных с обеспечением населения полноценными продуктами питания растительного и животного происхождения в системе мероприятий по оптимизации условий жизни на Земле в эпоху научно-технического прогресса.

Контрольные вопросы и задания

1. Какова роль «работы» биогеохимических пищевых цепей в производстве продукции растениеводства и животноводства? 2. Почему термин «экологически чистый продукт» получил широкое распространение в рыночной экономике? 3. Что такое СанПиН 2.3.2.560—96 и как этот документ используется при санитарно-гигиенической оценке сельскохозяйственной продукции? 4. Что такое остаточные количества пестицидов и как они влияют на качество пищевых продуктов растительного и животного происхождения? 5. Как мигрируют химические соединения в биогеохимической трофической цепи и как они изменяются при миграции? 6. Расскажите о роли мониторинга в оценке биогеохимической трофической цепи? 7. Что такое «болезнь» аграрного ландшафта и как ее лечить? 8. Что такое очистка организма крупного рогатого скота от «мусора» и как она влияет на процесс производства говядины? 9. Что такое экологическая политика и какую роль она играет при производстве экологически чистой продукции растениеводства и животноводства?

Глава 8 ПРОБЛЕМЫ И ПЕРСПЕКТИВЫ ЭКОЛОГИЗАЦИИ СЕЛЬСКОГО ХОЗЯЙСТВА

В экологизации сельского хозяйства важную роль играют наука и сельскохозяйственная практика. Сельскохозяйственная наука развивается в двух противоположных направлениях — по пути дифференциации и интеграции. Дифференциация сопровождается углублением, детализацией в изучении тел, процессов, явлений. Однако дифференциация знаний без их интеграции может иметь негативные последствия.

Недостаточность широких обобщений ограничивает деятельность ученых и практиков рамками их узкой специализации. Они обычно дают оценку тем фрагментам природы, рассмотрению которых посвящена их специальность. Но природа не фрагментарна, а целостна. Из-за утраты понимания реально существующей целостности природы узкому специалисту трудно, а порой невозможно проводить мероприятия по экологизации сельского хозяйства.

Перевод сельскохозяйственного производства на экологическую основу может быть осуществлен при использовании современных достижений синтетической науки — экологии. Повышению эффективности экологизации сельскохозяйственной науки и практики будет способствовать создание единой информационной базы данных международных, государственных, региональных и отраслевых программ экологической направленности.

В настоящее время особенно тревожное положение складывается в природно-ресурсной базе сельского хозяйства. Примерно 3Д сельскохозяйственных угодий страны оказалось в состоянии мелиоративной и экологической неустроенности. При поверхностном смыве ежегодно теряется около 3 млрд т верхнего, наиболее плодородного слоя почвы. Вместе с ним уносится более 40 млн т питательных веществ в виде стандартных удобрений.

Следует иметь в виду, что минеральные удобрения часто не сбалансированы по питательным элементам и представлены такими формами, что растения усваивают лишь 40 % питательных веществ. Остальные 60 % выносятся поверхностным или внутригрунтовым стоком, загрязняя почву и вызывая эвтрофикацию водоемов. На огромных территориях нарушен гидрологический режим, разрушаются сложившиеся агроландшафты.

Хранение и применение минеральных удобрений и пестицидов часто осуществляют неграмотно. Обеспеченность типовыми складами для минеральных удобрений составляет всего лишь 33 %, а для пестицидов — 25%. Нарушаются сроки и технология их внесения, а нередко и их дозировка. Биологические средства защиты растений во многих случаях используются неэффективно.

Между тем при увеличении удельного веса биологических методов защиты растений с 18—20 до 35 % пестицидная нагрузка на биоценозы могла быть снижена на 20—25 %, а потери урожая от вредителей, болезней и сорняков — до 15—20 %. Строительство полигонов для захоронения вредных и непригодных пестицидов во многих регионах страны не ведется. Многие предприятия продолжают сброс неочищенных производственных и хозяйственно-бытовых сточных вод. Например, в южной части Волгограда в пруды-накопители и испарители сбрасывают более 200 тыс. м3 сточных вод ежесуточно, что вызывает загрязнение почвогрунтов, грунтовых вод и атмосферы.

Переход на водосберегающие технологии полива способствует устранению негативных последствий эксплуатации мелиоративных систем, а внедрение импульсного, аэрозольного, подпочвенного и других прогрессивных способов полива повышает эффективность их использования на 25—30 %.

Экологические экспертизы не всегда проводятся объективно, не обеспечивая экологическую безопасность. Экологический опыт, накопленный во многих странах мира, в том числе и в России, свидетельствует, что своевременно проведенная экологическая экспертиза может сыграть решающую роль в борьбе с опустыниванием, заболачиванием, засолением земель, в рациональном преобразовании аграрных ландшафтов путем проведения лесомелиоративных работ и т. д.

Экологическая экспертиза может предотвратить неблагоприятные изменения природных комплексов в обширных регионах биосферы, например блокировать проект переброски части стока сибирских рек в Среднюю Азию, стока северных рек европейской части России в Волгу, а затем в Каспийское море. Преобразование природы без предварительного проведения научно обоснованных экологических экспертиз может иметь трагические последствия. Гибель Аральского моря произошла из-за слишком интенсивного забора на орошение вод впадающих в него рек Амударьи и Сырдарьи.

Реальностью стали кислотные дожди, вызывающие дебазацию почвы и водоемов, гибель фауны и флоры. Развиваются геохимические явления, опасные для здоровья людей. Они связаны с высвобождением из почвы тяжелых металлов из-за усилившегося окисления. Эти металлы попадают в подземные воды, озера и реки, откуда берут питьевую воду, в продукты питания и в конечном итоге в организм человека.

Ученые считают, что существующие темпы воздействия антропогенного пресса на природу приведут через 30 лет к унйчтожению минимум 'Д всех видов организмов, обеспечивающих стабильность биосферы. Потери гумуса (дегумификация) за последние 100 лет достигли 30 %, что значительно уменьшило энергетический потенциал почв.

В ряде регионов страны потенциал земли для жизнеобеспечения населения в значительной степени или полностью исчерпан. Нижнее Поволжье становится зоной экологического бедствия. На Черных землях скорость опустынивания достигла 5 га/ч. При существующих темпах опустынивания уже в 2000 г. этот пастбищный массив может превратиться в первую в Европе антропогенную солончако-вато-песчаную пустыню. В этом районе на мелких и среднебарханных песках на отдельных участках переносится свыше 200 т/га в час эолового материала.

Примитивное земледелие и животноводство, ошибки мелиорации, обработки почвы, чрезмерное стравливание пастбищ наряду с аридизацией привели к нарушению стабильности экосистем. В некоторых случаях эти изменения столь глубоки, что могут стать необратимыми.

Необходимо определить допустимую антропогенную нагрузку на агробиогеоценозы для каждого хозяйства, разработать модели и создать банк данных индикаторов состояния природной обстановки на различных участках. Как правило, антропогенные факторы действуют не изолированно, а в виде определенного комплекса с синергическим эффектом. Следует применить самые эффективные меры борьбы с указанными неблагоприятными факторами, ибо кумулятивный эффект их непредсказуем.

Для стабильности агроэкосистем, особенно искусственных, требуются значительные финансовые вложения. Для управления агроэкосистемами нужна постоянная научная информация, основанная на данных экспериментов и передовой практики. Это особенно важно для хрупких ландшафтов.

Агробиогеоценозы не являются саморегулирующимися экосистемами, их восстановительные силы весьма слабы, и вследствие этого они значительно менее резистентны, чем естественные биогеоценозы. Стабильность функций агробиогеоценозов обеспечивается знанием законов развития природной среды, экосистем, всего живого вещества и способностью человека на основе этих знаний создавать необходимые условия для получения генетически обусловленной максимальной урожайности. В производственной обстановке полное удовлетворение требований растений (в воде, пище, свете) во всех фенофазах не всегда возможно.

На опытных полях испытывают сорта ржи, кукурузы, пшеницы, обладающие высоким потенциалом продуктивности. Здесь, в условиях высокой культуры земледелия, удается избежать в период критических ситуаций нарушений продуктивности и стабильности экосистем, способствовать сохранению их функций и восстановлению нарушенных структур, компонентов.

Известно, что управлять популяцией значительно легче, чем экосистемой. Но надо переходить на экосистемный уровень мышления.

При внесении минеральных удобрений повышается урожайность сельскохозяйственных культур, особенно сортов, остро реагирующих на дефицит питательных веществ. Создалось мнение, что этим можно обеспечить стабильное выращивание зерновых культур. Однако нельзя пренебрегать такими незаменимыми биогенными факторами плодородия, как бобовые травы в севооборотах, органические удобрения. Повышенным дозам минеральных удобрений сопутствовали снижение в почвах гумуса и прогрессирующее падение содержания кальция — «стража почв». Этот процесс сопровождался ингибированием микробиологической активности почв и уменьшением фиксации биогенного накопления азота.

Фермеры развитых стран начали обращать внимание на биологические факторы повышения почвенного плодородия (солома, навоз, сидераты, плодосмен). Это направление за рубежом получило название «органическое земледелие».

Теоретические принципы биологической системы земледелия разработаны в Англии и наиболее широко применяются в США. В нашей стране его основы были заложены В. В. Докучаевым и В. Р. Вильямсом.

Биологическое земледелие получает все более широкое развитие. Представители более 50 стран создали Международную федерацию движения за органическое земледелие. В США организована Ассоциация восстановительного земледелия. При правильном севообороте оно позволяет частично отказаться от пестицидов, не отрицая в принципе их использование в системе интегрированной защиты как санитарной меры. Меньшие урожаи компенсируются снижением затрат на химикаты и уменьшением ущерба от загрязнения сельскохозяйственной продукции и природной среды. Качество среды, восстановление нарушенных пищевых трофических цепей, усиление стабильности экосистем становятся важнейшими показателями ведения сельского хозяйства.

Однако в настоящее время возможность перехода на биологическую систему земледелия «в чистом виде» (как ее пропагандируют некоторые экологи) невелика. Увеличить урожайность сельскохозяйственных культур без применения минеральных удобрений, гербицидов и других средств защиты растений почти невозможно. Задача состоит в том, чтобы независимо от объемов их применения максимально использовать все биологические средства повышения плодородия почв и защиты растений.

Существенно снизить, а в некоторых случаях и полностью устранить многие отрицательные последствия химизации земледелия можно путем создания новых сбалансированных сложных удобрений, новых гербицидов и других химических веществ, безвредных для человека и окружающей среды. *

Для перевозки минеральных удобрений необходимо использовать вагоны и машины, пригодные для транспортировки зерна. Недопустимо оставлять минеральные удобрения под открытым небом. Для постоянного хранения необходимо иметь специальные склады, а для временного — навесы или другие укрытия.

При возделывании сельскохозяйственных культур надо резко сократить применение минеральных удобрений способом разбрасывания, при котором значительная часть их смывается и теряется. В регионах с промывным водным режимом не следует вносить легкорастворимые азотные и калийные удобрения осенью. Этим можно предотвратить их вымывание и загрязнение грунтовых вод.

Отрицательные последствия химизации, особенно высоких доз удобрений, существенно снижаются, а нередко и полностью устраняются при внесении навоза.

Необходимо определить техногенно-химическую нагрузку на экосистемы, учитывая адаптивный потенциал почв и растений. По расчетам агроэкологов, затраты невозобновляемой энергии в количестве 15 ГДж/га являются рубежом, за пределами которого наступает реальная опасность для экосистем.

Для поддержания бездефицитного баланса гумуса на черноземах и каштановых почвах необходимо в пятипольных севооборотах ежегодно вносить на одном из полей 30—50 т органических удобрений. В орошаемом земледелии восполнение потерь гумуса при внесении навоза составляет в разных хозяйствах от 50 до 80 % (в передовых хозяйствах до 100 %). В богарном земледелии этот показатель намного ниже, только в лучших хозяйствах он достигает 30—40 %.

Способы повышения экологической устойчивости агробиоценозов разнообразны. При их разработке необходимо учитывать использование и создание сортов, устойчивых к неблагоприятным факторам среды (морозы, засухи и др.), болезням и вредителям; соответствие выращиваемых культур почвенно-климатическим условиям; разнообразие видов и сортов в агробиоценозах и др.

Надо внедрять в производство умеренно продуктивные, но устойчивые к засухе сорта. Стремление повсеместно выращивать высокопродуктивные сорта, требовательные к условиям среды, необоснованно, так как не во все годы удается обеспечить растения необходимыми условиями произрастания (водой, пищей, теплом, светом) в требуемом количестве и сбалансированном виде во все фенофазы. Это доказала «зеленая революция» в Африке, Азии и Южной Америке. В США, где условия для земледелия значительно лучше, пошли по пути создания умеренно продуктивных, но устойчивых к засухе, вредителям и болезням сортов. Основной упор следует делать на селекцию именно таких, сравнительно нетребовательных сортов, обладающих высокой адаптивностью.

Ведение адаптивного природопользования по принципу: «каждому экотопу свой набор культур, свой севооборот и своя агротехника» особенно актуально для фермерских хозяйств. Здесь можно более гибко учитывать пестроту естественных экотопов.

Для гарантии экологического благополучия необходимо усилить экологические аспекты в использовании земли, ввести экономические санкции за снижение почвенного плодородия, перейтина адаптивно-ландшафтное земледелие, ввести методы стимулирования рационального землепользования.

В настоящее время происходят развитие теоретических и прикладных основ экологии, повышение уровня экологического самосознания людей. Есть надежда, что концепции экологизации сельского хозяйства будут реализованы в полном объеме, эффективность природоохранных мероприятий возрастет и человечество сумеет сохранить природу для себя и потомков.

Контрольные вопросы и задания

1. Какова сущность экологизации сельского хозяйства? 2. В чем заключается концепция устойчивого развития России? 3. Какова роль сельскохозяйственной экологии в производстве экологически чистых продуктов растениеводства и животноводства? 4. Каково значение мониторинга и экологической экспертизы в охране сельскохозяйственных экосистем от загрязнений? 5. Какова роль экономики в решении экологических проблем сельского хозяйства? 6. Расскажите о перспективах перевода сельского хозяйства на экологическую основу.

ТЕРМИНЫ И ПОНЯТИЯ, УПОТРЕБЛЯЕМЫЕ В СЕЛЬСКОХОЗЯЙСТВЕННОЙ ЭКОЛОГИИ

Будучи молодой отраслью знания, экология вобрала в себя много терминов и понятий «старых» наук. В сельскохозяйственной экологии употребляют термины не только экологические. Очень часто возникает необходимость использовать в ней термины и понятия агрономии, зоотехнии, ветеринарии, медицины и других наук.

В предлагаемом кратком словаре изложен перечень терминов и понятий, наиболее часто употребляемых в сельскохозяйственной экологии. Следует подчеркнуть, что некоторые специальные термины подробно не расшифрованы, а лишь охарактеризованы в той мере, в какой это необходимо для понимания текста данного учебного пособия. Многие термины и понятия разными авторами понимаются неодинаково. Поэтому толкование приведенных слов не может рассматриваться как нормативное.

Агробиогеоценоз — сельскохозяйственная экосистема, в которой главными биотическими компонентами являются возделываемые человеком растения.

Агробиоценоз — сообщество организмов, заселяющих поле, сад, огород, теплицу; живая часть агробиогеоценоза.

Агролесомелиорация — лесохозяйственные мероприятия, направленные на улучшение почвенно-гидрологических и климатических условий региона (ландшафта).

Агростепь — искусственный травяной биогеоценоз, созданный с целью рекультивации нарушенных степей.

Агрофитоценоз — сообщество полевых растений.

Агроценоз — то же, что и агробиоценоз.

Акарицид — пестицид, используемый для уничтожения клещей.

Аллелопатия — влияние растений друг на друга через среду при помощи выделения в нее продуктов обмена веществ.

Аменсализм — форма взаимоотношений, когда один организм подавляет другой, но сам не испытывает влияния со стороны подавляемого.

Анабиоз — резкое ослабление обменных процессов в организме, позволяющее ему пережить неблагоприятный период жизни.

Анемохор — ветроопыляемое растение.

Антропогеоценоз — биогеоценоз, в котором главным компонентом является человек.

Антропохор — растение, непреднамеренно распространяемое человеком, например сорняк.

Апофит — местное растение, превратившееся в сорняк.

Аспект — общий вид растительного сообщества.

Атония рубца (преджелудков) — заболевание, характеризующееся ослаблением сокращений рубца и других отделов желудка жвачных.

Аттрактант — вещество, обладающее свойством привлекать организмы.

Аутэкология — раздел экологии, изучающий взаимоотношения организма (вида) и факторов среды его обитания.

Банк семян — запас семян (в почве).

Барьер экологический — полоса территории, которая служит препятствием для распространения техногенных загрязнений (санитарно-защитная зона).

Безопасность экологическая — степень защищенности территории, экосистемы, человека от возможного экологического поражения.

Биогеохимическая зона (провинция) — регион с более или менее характерным содержанием химических элементов в среде.

Биогеоценоз — природный комплекс функционального единства живого и неживого; элементарная структурная единица биосферы.

Биогеоценотическая патология — наука о массовых болезнях, возникающих у животных из-за неблагоприятных изменений в биогеоценозах.

Биогеоценотический фактор — то же, что и экологический фактор.

Биокосное тело — природное тело, сформировавшееся в результате взаимодействия живой и неживой природы, например почва.

Биомасса — масса вещества особи (популяции, вида, биоценоза).

Биосфера — совокупность организмов, населяющих планету, со средой своего обитания; глобальная экологическая система.

Биотический (биологический) круговорот — циркуляция химических элементов в экологической системе в результате синтеза и распада органических веществ.

Биоценоз — сообщество взаимосвязанных растений и животных разных видов.

«Болезни цивилизации» — заболевания растений, животных и человека в результате воздействия побочных нежелательных факторов цивилизации человеческого общества.

Болезнь природно-очаговая — заразная болезнь, возбудитель которой (болезнетворные вирусы, бактерии идр.) постоянно циркулирует в организмах, формирующих биоценоз.

Болезнь эндемическая — болезнь, возникающая в результате дефицита или избытка химических элементов в окружающей среде.

Бронхит — болезнь, характеризующаяся воспалением бронхов.

Бронхопневмония — болезнь, характеризующаяся воспалением бронхов и легких.

Бруцеллез — заразное бактериальное заболевание животных и людей.

Виолентностъ — тип жизненной стратегии растений, характеризующийся выраженным проявлением конкурентоспособности.

Виоленты — растения, обладающие выраженной конкурентоспособностью (К-стратеги, конкуренты, «львы», «силовики»).

Вирус — внутриклеточный паразит.

Влажность воздуха — содержание в воздухе водяных паров. Чаще всего определяют относительную влажность — в процентах к насыщению.

Воды сточные — воды, использованные на бытовые, промышленные и сельскохозяйственные нужды или прошедшие через какую-то загрязненную территорию.

Возбудители болезни — болезнетворные организмы (бактерии, гельминты и др.).

Вымокание — гибель растений из-за отсутствия притока воздуха к корням при застаивании воды на поверхности почвы.

Вытаптывание — механическое повреждение растительности и деформация почвы копытами животных (чаще при выпасе стад).

Газы выхлопные — газы, выбрасываемые двигателями внутреннего сгорания.

Газы парниковые — газообразные вещества, попадающие в атмосферу и создающие парниковый эффект: диоксид углерода, метан, летучие углеводороды и др.

Гелиофит — солнцелюбивое растение.

Гелиоэнергетика — использование энергии Солнца. “

«Генетический груз» — наследственное бремя в популяциях сельскохозяйственных растений, животных и людей.

Генотип — совокупность наследственных свойств растения, животного.

Гербицид — химический препарат, используемый для уничтожения нежелательных (сорных) видов растений.

Гетерокарпия — биологическая разнокачественность семян растений.

Гетеротроф — потребитель органических веществ, созданных другими организмами.

Гидропоника — выращивание овощных, кормовых и других культур на питательных растворах, без почвы.

Гидроэнергетика — использование энергии текущей воды.

Гипокупроз — заболевание животных и людей, обусловленное недостаточным поступлением в организм меди.

Гипомагниемия — заболевание животных, обусловленное недостаточным поступлением в организм магния и (или) избыточным — калия; то же, что пастбищная тетания.

Гипсование — внесение в почву гипса для улучшения ее физикохимических свойств.

Гомеостаз — динамическое равновесие процессов, протекающих в организме, популяции, биоценозе, экосистеме.

Грунт закрытый — выращивание растений под защитой стекла, прозрачной пленки с созданием под ними необходимых условий жизнеобеспечения.

Деградация ландшафта — его упрощение, снижение хозяйственной ценности вплоть до превращения в пустошь.

Детоксикация — процесс обезвреживания внутри биологической системы попавших в нее вредных веществ.

Дефляция — выдувание ветром частиц почвы; развитие ветровой эрозии.

Дефолиант — химический препарат, используемый для уничтожения листвы.

Диктиокаулезы — гельминтозные болезни травоядных животных.

Динамика биогеоценоза (экосистемы) — изменение сообществ и среды их обитания под влиянием природных и антропогенных факторов.

Диоксины — высокотоксичные вещества сложной химической структуры, ксенобиотики, имеющие техногенное происхождение, связанное главным образом с производством и использованием хлорорганических соединений и их утилизацией. В сельском хозяйстве источником диоксинов являются пестициды, особенно хло-рорганические.

Дождевание — искусственное орошение сельскохозяйственных угодий путем имитации дождя (разбрызгивания воды).

Дождь кислый (кислотный) — дождь или снег, загрязненный кислотами.

Доместикация — изменения организма животных под влиянием одомашнивания.

Доминант — 1) вид, количественно преобладающий в биоценозе; 2) животное, господствующее в группе себе подобных.

Дренаж — осушение излишне увлажненной, заболоченной территории путем отвода вод.

Емкость пастбища — количество животных, которых можно прокормить в течение одного месяца на единице площади пастбища.

Животное-синантроп — дикое животное, обитающее вблизи человека.

Заболеваемость — процентное отношение всех случаев болезни к определенному поголовью животных.

Загрязнение — привнесение в воду, воздух, почву химических веществ, физических агентов или организмов, неблагоприятно влияющих на среду обитания людей, животных и растений.

Задернение отвалов — создание дернины на поверхности отвалов и откосов.

Закупорка книжки — болезнь жвачных, характеризующаяся возникновением непроходимости книжки в результате переполнения ее полости пищевой массой.

Залужение отвалов — создание продуктивного травяного покрова на отвалах (насыпи из пустых пород).

Замкнутый производственный цикл — многократное повторное использование воды, воздуха или другого ресурса в процессе производства того или иного продукта.

Запал растений — поражение растительных организмов при высокой температуре окружающей среды.

Зона: водоохранная — территория, на которой ограничена или запрещена хозяйственная деятельность, проводится лесомелиорация с целью охраны поверхностных и подземных вод; подтопления — территория, на которой повышается уровень подземных вод в результате их подпора водохранилищем или другим водоемом.

Зоофаг — организм, питающийся животными.

Зооценоз — сообщество животных.

Зооцид — химический препарат для уничтожения животных.

ЗЛО — земледельческие поля орошения, предназначенные для приема предварительно очищенных сточных вод с целью их доочистки и использования в качестве удобрения.

Иерархия: систем — соподчинение мелких систем (подсистем) системным образованиям более высокого ранга (надсистемам); этологическая — доминирование одних животных над другими.

Изгородь живая — полоса загущенных посадок кустарников и деревьев.

Иммунитет — невосприимчивость организма к заболеванию.

Императив экологический — обращенное к человеческому сообществу настоятельное требование (подобие нравственного закона) ограничить и остановить природогубительную экспансию и соизмерить антропогенное давление с экологической выносливостью биосферы.

Индикатор — химическое вещество, физическое явление*, организмы, их изменения, указывающие на сдвиги экологической обстановки.

Инсектицид — химический препарат для уничтожения насекомых.

Интродукция — перемещение растений и (или) животных из какого-то региона в местный ландшафт.

Информация экологическая — получение организмом сигналов о каких-либо изменениях окружающей среды.

Ирригация — искусственное орошение полей, садов, огородов, других угодий.

Использование отходов — повторное вовлечение их в хозяйственный оборот, применение в качестве сырья для производства новых продуктов.

Истощение-, вод — уменьшение запасов поверхностных и подземных вод; почв — уменьшение питательных веществ в почвенном покрове, ведущее к снижению его плодородия.

Каннибализм — поедание себе подобных.

Карантин — система мероприятий по защите растений и животных от возбудителей болезней.

Картофельная гниль — то же, что фитофтороз картофеля.

Карьер — углубление в земной коре, образовавшееся в месте добычи полезных ископаемых открытым способом.

Качество среды — степень соответствия экологической обстановки в биогеоценозах потребностям населяющих их организмов.

Климакс — относительно стабильное состояние биоценоза (экосистемы).

Климатическое бесплодие — бесплодие, возникающее у животных при неблагоприятных погодно-климатических условиях.

Книжка — отдел многокамерного желудка жвачных, безжелези-стая слизистая оболочка которого имеет вид складок-листочков («книжки»). Расположена между сеткой и сычугом.

Коадаптация — приспособление организмов друг к другу в процессе эволюции.

Комменсализм — сожительство организмов разных видов, при котором один из партнеров пользуется остатками пищи или продуктами метаболизма другого.

Конкуренция — соперничество, антагонистические взаимоотношения организмов в борьбе за ресурсы.

Консорция — единица структуры биоценоза, представляющая совокупность разнородных организмов, трофически и топически тесно связанных между собой и зависящих от центрального члена — растения или, реже, животного.

КоНсумент (потребитель) — организм, питающийся готовым органическим веществом фотосинтетического или хемосинтети-ческого происхождения.

Концентрация предельно допустимая (ПДК) — предельно допустимые концентрации вредных примесей в воде, воздухе, которые не вызывают негативного воздействия на человека.

Ксенобиотик — вещество, чуждое организму, виду, сообществу.

Ксерофил — организм, приспособленный жить в условиях пониженной влажности.

Ксерофит — растение-ксерофил.

Ландшафт — природно-территориальный комплекс с преобладанием одного типа биогеоценозов.

Ландшафт аграрный — ландшафт, преобразованный сельскохозяйственной деятельностью человека.

Ларингит — заболевание, характеризующееся воспалением гортани.

Лес полезащитный — древесно-кустарниковая растительность, способствующая регулированию водного режима, предупреждению эрозии почв.

Лесомелиорация — улучшение природной среды при помощи проведения лесоводческих мероприятий (см. агролесомелиорация).

Летальность — процентное отношение числа павших животных к числу заболевших; показатель тяжести течения эпизоотии.

Лицензирование природопользования — система оплачиваемых государственных разрешений на эксплуатацию природных ресурсов.

Лучевая болезнь — заболевание, обусловленное воздействием на организм радиоактивных факторов.

Макро- и микроэлементозы — заболевания животных, обусловленные недостаточным или избыточным поступлением в организм макро- и микроэлементов.

Мезофил — организм, предпочитающий условия умеренного увлажнения среды.

Мезофит — растение-мезофил.

Мелиорация — система мероприятий по улучшению земель.

Мелиорация почв — улучшение почв с целью повышения их плодородия.

Местообитание — место, где живет организм (вид, сообщество).

Микориза — симбиотическое обитание грибов в (на) корневой системе растений.

Микроклимат — климат небольшой территории приземного слоя воздуха.

Микрофауна — животные величиной менее 500 мкм.

Минерализация — процесс превращения сложных органических веществ в простые неорганические соединения.

Модель — логическое, графическое или математическое подобие реальной системы, например биогеоценоза.

Мониторинг — слежение за состоянием природной среды.

Мутаген — фактор, вызывающий мутации.

Мутуализм — форма сожительства организмов, при которой оба партнера извлекают пользу (то же, что симбиоз).

Надсистема — система, состоящая из системных образований низшего уровня (то же, что суперсистема).

Некроз — омертвение тканей.

Никелевый дерматит — поражение кожи из-за избытка в среде никеля.

Нитратный токсикоз — отравление животных и людей нитратами (солями азотной кислоты).

Остеодистрофия — болезнь, характеризующаяся поражением костей в результате нарушения обмена веществ.

Остеомаляция — размягчение костей.

Относительная влажность воздуха — см. влажность воздуха.

Паракератоз — болезнь, возникающая у животных из-за дефицита в среде цинка.

Парацелла — участок биогеоценоза, отличающийся от других частей системы по своей структуре и функции, специфике связей и материально-энергетического обмена.

Пастбищная тетания животных — то же, что гипомагниемия.

Патоген — агент, вызывающий патологические процессы в организме.

Песочные колики — заболевание лошадей, обусловленное накоплением в полости кишечника частиц грунта и песка.

Пестициды — химические препараты для борьбы с вредителями, болезнями растений и сорняками.

Подсистема — система низкого уровня, входящая в состав системного образования высшего ранга.

Поллиноз — аллергическое заболевание людей.

Поллютант — вещество, загрязняющее среду (обычно антропогенного происхождения).

Продуценты (созидатели) — организмы, синтезирующие сложные органические соединения из простых неорганических.

Проективное покрытие — показатель, определяемый абсолютной или относительной площадью проекции наземных частей растений.

Рахит — заболевание молодняка (и детей), связанное с нарушением витаминно-минерального обмена.

Редуценты (разрушители) — организмы, разлагающие сложные органические вещества на простые неорганические соединения.

Рекультивация нарушенных земель — восстановление нарушенных земель.

Самопогрызание — заболевание пушных зверей.

Сибирская язва — заразная болезнь животных (и людей).

Симбиоз — то же, что мутуализм.

Смертность животных — количество смертей животных за определенный срок.

Солнечный удар — заболевание животных и людей, обусловленное воздействием интенсивной радиации Солнца.

Стоки — приблизительно то же, что и сточные воды. Термин чаще всего употребляют для обозначения стоков животноводческих комплексов.

Сукцессия — последовательная смена одних биогеоценозов другими. Конечным результатом сукцессии является климакс — финальная, относительно устойчивая фаза развития БГЦ.

Суперсистема — то же, что надсистема.

Тепловой удар — заболевание животных и людей, возникающее от перегрева организма при высокой температуре окружающей среды.

Тератоген — агент, вызывающий врожденные пороки развития и уродства.

Толерантность — выносливость вида к воздействию на него тех или иных факторов среды.

Травматический ретикулит — воспаление сетки крупного рогатого скота вследствие ее повреждения заглоченным остроконечным инородным телом, например отрезком проволоки.

Туберкулез — заразная болезнь животных и человека, вызываемая особым микробом.

УФ — ультрафиолетовая радиация.

Фактор: биогеоценоза — то же, что биогеоценотический и экологический факторы; лимитирующий — фактор среды, ограничивающий рост, развитие и размножение растений и животных.

ФАР— фотосинтетическая активность радиации Солнца.

Фасциолез — гельминтозное заболевание животных и людей.

Фитофаг — организм, поедающий растения.

Фитофтороз — заболевание картофеля, вызываемое грибом фитофторой (то же, что картофельная гниль).

Фитоценоз — сообщество растений.

Флюороз — заболевание зубов из-за избытка в среде фтора.

Эдификатор — вид, доминирующий в биоценозе и оказывающий резко выраженное влияние на среду в БГЦ.

Экзема — кожная болезнь, сопровождающаяся зудом.

Экологическая валентность вида — показатель, характеризующий способность организмов существовать в разных условиях среды, заселять местообитания с выраженными колебаниями интенсивности экологических факторов.

Экологический фактор — элемент среды, оказывающий влияние на особь, популяцию, биоценоз (то же, что фактор биогеоценоза, биогеоценотический фактор).

Экоразвитие (по Стронгу) — экологически ориентированное социально-экономическое развитие, при котором рост*благосостояния людей не сопровождается ухудшением состояния среды обитания и деградацией природных систем.

Экотип — совокупность организмов того или иного вида, обладающая свойствами приспособления к тому или иному месту обитания.

Экотоп — местообитание биоценоза.

Экоцид — значительное угнетение и гибель экосистем, различных организмов, в том числе людей, под влиянием резких или длительных антропогенных нарушений нормальных экологических условий.

Эмерджентность — свойство системы качественно отличаться от составляющих ее компонентов (подсистем).

Эндемические болезни — болезни, возникающие в результате недостатка или избытка химических элементов в среде.

Энзоотическая атаксия ягнят — заболевание, обусловленное дефицитом в среде меди, избытком молибдена и (или) сульфатов.

Эпизоотии — массовые болезни животных.

Эпифитотии — массовые болезни растений.

ЛИТЕРАТУРА

Банников А. Г., Бакулин А. А., Рустамов А. К. Основы экологии и охрана окружающей среды. — М.: Колос, 1999.

Бигон М., Харпер Дж., Таунсенд К. Экология. Особи, популяции, сообщества. — М.:Мир, 1989.- Т. 1,2.

Даже Р. Основы экологии. — М.: Прогресс, 1975.

Дылис Н. В. Основы биогеоценологии. — М.: Изд-во МГУ, 1978.

Злобин Ю. А. Агрофитоценология. — Харьков: Изд-во Харьковского СХИ, 1986.

Ивлев А. М. Биогеохимия. — М.: Высшая школа, 1986.

Ковда В. А. Биогеохимия почвенного покрова. — Наука, 1985.

Лопырев М. И., Рябов Е. И. Защита земель от эрозии и охрана природы. — М.: Аг-ропромиздат, 1989.

Макевнин С. Г., Бакулин А. А. Охрана природы. — М.: Агропромиздат, 1991.

Марков М. В. Агрофитоценология. — Казань: Изд-во Казанского университета, 1972.

Миркин Б. М., Злобин Ю. А. Агрофитоценология с основами агроэкологии. — Уфа: Изд-во Башкирского университета, 1990.

Миркин Б. М., Наумова Л. Г., Злобин Ю. А. Состояние и тенденции современной агроэкологии. — М.: ВИНИТИ, 1991.

Одум Ю. Экология. — М.: Мир, 1986. — Т. 1, 2.

Работное Т. А. Луговедение. — М.: Изд-во МГУ, 1984.

Сельскохозяйственные экосистемы. — М.: Агропромиздат, 1987.

Тишлер В. Сельскохозяйственная экология. — М.: Колос, 1971.

Уразаев И. А. Биогеоценоз и болезни животных. — М.: Колос, 1978.

Уразаев Н. А., Никитин А. В. Сельскохозяйственная экология. — Ставрополь: Изд-во Ставропольского СХИ, 1993.

ОГЛАВЛЕНИЕ

7.5. Мероприятия по улучшению качества сельскохозяйственной продукции.... 270

7.5.1. Мониторинг..........................................................................................

271

272

285

287

287

292

292

301

7.5.2. Восстановление и улучшение нарушенных земель........................

7.6. Роль экологической политики и экономики в решении сельскохозяйсТ' венных проблем....................................................................................................

Контрольные вопросы и задания.............................................................

Глава 8. Проблемы и перспективы экологизации сельского хозяйства......

Контрольные вопросы и задания.............................................................

Термины и понятия, употребляемые в сельскохозяйственной экологии.....

Литература........................................................................................................•

Учебное издание

Уразаев Николай Андреевич, Вакулин Александр Алексеевич,

Никитин Александр Викторович, Уразаев Дмитрий Николаевич, Чухлебова Нина Стефановна

СЕЛЬСКОХОЗЯЙСТВЕННАЯ ЭКОЛОГИЯ

Учебное пособие для вузов

Художественный редактор Н. Л. Минаева Технический редактор Н. Н. Зиновьева Корректор М. Ф. Казакова

Лицензия № 010159 от 06.03.97 г.

Сдано в набор 27.01.2000. Подписано в печать 01.06.2000. Формат 60 х 88'Аб-Бумага офсетная. Гарнитура Ньютон. Печать офсетная. Уел. печ. л. 18>ь~; Уел. кр.-отт. 18,62. Уч.-изд. л. 20,7. Изд. №050. Тираж 5000 экз. Заказ |580 ■<<С|>

Федеральное государственное ордена Трудового Красного Знамени унИтаРное предприятие «Издательство «Колос», 107807, ГСП-6, Москва Б-78, ул. Садовая-Спасская, 18.

Типография ОАО «Внешторгиздат». 127576, Москва, Илимская, 7-

ISBN 5-10-003587-0

9 785100 035879

/

1

По материалам Б. М. Миркина и Ю.А. Злобина.

(обратно)

2

(обратно)

Оглавление

ПРЕДИСЛОВИЕ

Глава 1 ЭКОЛОГИЯ КАК НАУКА

Глава 2 АУТЭКОЛОГИЯ

Глава 3 СИНЭКОЛОГИЯ

  §Sss||s

  a 5 &s s'

  1) О Р

  5 3 S

  is I cs

МЕЖБИОГЕОЦЕНОЗНЫЕ СВЯЗИ

ОХРАНА, РЕГУЛЯЦИЯ И ОПТИМИЗАЦИЯ АГРАРНЫХ ЛАНДШАФТОВ

ЗАДАЧИ СПЕЦИАЛИСТОВ-АГРАРНИКОВ В ЭКОЛОГИЗАЦИИ ПРИРОДОПОЛЬЗОВАНИЯ

Глава 8 ПРОБЛЕМЫ И ПЕРСПЕКТИВЫ ЭКОЛОГИЗАЦИИ СЕЛЬСКОГО ХОЗЯЙСТВА

ТЕРМИНЫ И ПОНЯТИЯ, УПОТРЕБЛЯЕМЫЕ В СЕЛЬСКОХОЗЯЙСТВЕННОЙ ЭКОЛОГИИ

ЛИТЕРАТУРА

ОГЛАВЛЕНИЕ Fueled by Johannes Gensfleisch zur Laden zum Gutenberg