Особливості впливу клімату на агроекосистеми

Размещено на http://www.allbest.ru

Размещено на http://www.allbest.ru

Вступ

У процесі взаємодії з природою людство постійно вирішувало першочергове завдання життєзабезпечення - виробництва продуктів харчування, що є єдиним джерелом отримання людиною внутрішньої енергії. Тому не випадково однією з найдавніших галузей не тільки сільськогосподарського виробництв, а й виробничої діяльності людини загалом є землеробство.

Процес переходу від накопичення сільськогосподарських знань до примітивних, а згодом дедалі більш удосконалених систем землеробства та методів ведення сільського господарства загалом, стимулював ріст виробництва продовольчих ресурсів, сприяв збільшенню значення аграрного сектору в формуванні первинної фітобіологічної продукції. Біомаса людей порівняно з до агрокультурною епохою значно зросла.

«Антропогенна енергія», що надходить в агроекосистеми, не замінює (і не може замінити) кількість сонячної енергії, а е своєрідним каталізатором, що стимулює активніше її використання (засвоєння).

Вивчення агроекології потребує фундаментальних знань структури природних екосистем, продукту «творчої» діяльності самої природи. Без розуміння особливостей організації природних екосистем неможливо оцінювати агроекосистеми.

Під сільськогосподарською екологічною системою (агроекосистемою) розуміють природний комплекс, змінений (трансформований) сільськогосподарською діяльністю людини. Агроекосистема - це штучна або змішана система рослинних, тваринних і мікробіологічних угруповань з невираженим або відсутнім механізмом саморегулювання, проектна продуктивність яких підтримується за рахунок прямих і опосередкованих енергетичних інвестицій, при припиненні або критичному зниженні яких вона деградує, втрачає свої проектні властивості. Розділ екології, що вивчає екологічні системи, називають синекологією.

Отже, агроекосистема є несталою системою агроценопопуляцій культивованих рослин на оброблюваних ґрунтах із певним складом, структурою й режимом, які підтримуються і регулюються сільськогосподарськими працівниками; за відсутності такого контролю поступово втрачає свої властивості.

1. Поняття про клімат і погоду

Погодою називають фізичний стан атмосфери в певний момент або інтервал часу, який характеризується сукупністю метеорологічних елементів (величин) і атмосферних явищ.

Метеорологічні величини -- це кількісні характеристики стану атмосфери (температура, вологість повітря, швидкість і напрямок вітру, кількість і товщина хмар, інтенсивність опадів, потік радіації і тепла та ін.).

Атмосферне явище є фізичним процесом, який супроводжується різкою (якісною) зміною стану атмосфери (туман, ожеледь, роса, опади, пилова буря, хуртовина тощо).

Клімат -- це багаторічний режим погоди, характерний для даної місцевості, зумовлений кількістю сонячної радіації, її перетвореннями у верхньому шарі земної поверхні та пов'язаних із ними циркуляцій атмосфери й океанів. Поєднання фізичних характеристик повітряного або водного середовища, істотних для організмів, які його населяють, називають кліматопом.

2. Значення клімату і погоди для сільського господарства

Ріст, розвиток і урожайність сільськогосподарських культур істотно залежать від кількості сонячного світла, тепла і вологи, зміни погодних умов, особливостей клімату. Розміщення галузей сільського господарства, зон вирощування сільськогосподарських культур, спеціалізація господарств, системи машин і знарядь, які використовують у сільському господарстві, строки проведення польових робіт, технологічні прийоми великою мірою визначаються кліматом і погодою.

Хоча науково-технічний прогрес і зменшує залежність людини від стихійних природних (гідрометеорологічних) явищ (приморозків, сильних морозів, посух, суховіїв, пилових бур, граду, злив, льодяної кірки тощо), він не гарантує отримання значного урожаю за будь-яких умов клімату і погоди.

З інтенсифікацією виробництва залежність сільського господарства від клімату і погоди посилюється, оскільки для синтезу великої кількості органічної речовини рослинам потрібні більші кількості світла, тепла, вологи, елементів живлення.

Основи теорії клімату.

Питаннями кліматоутворення, типів клімату, чинників його формування, закономірностей географічного поширення і зміни в часі, антропогенних впливів на клімат займається наука кліматологія, однією з прикладних галузей (розділів) якої є агрокліматологія, що вивчає клімат як чинник впливу на сільськогосподарське виробництво. Основними завданнями агрокліматології є обґрунтування агротехнічних заходів для територій з різними кліматичними умовами на основі дослідження залежностей росту, розвитку та урожайності сільськогосподарських культур від кліматичних показників, їх розподілу залежно від рельєфу, несприятливих явищ клімату.

Кліматотворні чинники.

Сучасна теорія клімату ґрунтується на концепції кліматичної системи, яка складається з гідросфери, літосфери, кріосфери і біосфери. Ланки кліматичної системи взаємодіють між собою. Чинники, які визначають взаємодію між цими ланками, а також зовнішні впливи на кліматичну систему, називають кліматотворними. Їх поділяють на зовнішні і внутрішні.

Зовнішні чинники визначають енергетичні впливи на кліматичну систему ззовні:

1) астрономічні (сяяння Сонця, положення орбіти Землі в Сонячній системі, кут нахилу її осі до площини орбіти, швидкість обертання навколо осі), від яких залежить розподіл сонячної енергії на верхній межі Землі, гравітаційний вплив Сонця, планет Сонячної системи, Місяця;

2) геофізичні (розмір і маса Землі, гравітаційне і магнітне поля Землі, внутрішнє тепло тощо).

Внутрішні чинники характеризують властивості самої кліматичної системи:

1) склад атмосфери (постійні компоненти та змінні термодинамічно активні домішки), її маса;

2) льодовики;

3) рельєф поверхні;

4) маса і склад океану;

5) структура підстильної поверхні тощо.

Кліматична система.

У сучасній теорії клімату спрощено як внутрішню кліматичну систему розглядають атмосферу. При цьому зовнішніми кліматотворними чинниками вважають характеристики, які визначають енергетичну взаємодію між атмосферою та іншими ланками кліматичної системи, особливості рельєфу земної поверхні, а внутрішніми -- загальну циркуляцію атмосфери та вологообіг. Клімат формують фізичні (кліматотворні) процеси, які безперервно відбуваються в атмосфері і в активному шарі (приплив, перетворення і перенесення теплової, кінетичної та інших форм енергії, випаровування, конденсація, перенесення вологи тощо) і визначаються основними кліматотворними (кліматичними) чинниками -- сонячною радіацією, газовим складом атмосфери, рельєфом, структурою підстильної поверхні, а також похідними від основних -- вологістю повітря, атмосферними опадами, тиском і електричним полем, циркуляцією повітряних мас та ін.

3. Основи біокліматології

Агрокліматологія розвивається як галузь кліматології у тісному зв'язку з її іншою прикладною галуззю -- біокліматологією.

Об'єкт і коротка історія розвитку. Біокліматологія вивчає чинники, які визначають поширення, функціонування та чисельність організмів у середовищі.

Теоретичною основою біокліматології є принцип єдності організму і навколишнього середовища, сформульований І.М. Сєченовим (1861), згідно з яким живий організм тісно зв'язаний зі своїм оточенням через процеси обміну матерією й енергією, і цей зв'язок двосторонній.

Основна схема життєдіяльності кожного організму зумовлена його генотипом, а умови навколишнього середовища є сигналами, від яких залежить спосіб використання генетичної інформації. Рослини, які не пройшли певні етапи розвитку, не можуть використати сприятливі погодні умови для наступних етапів, хоча за несприятливих погодних умов їх перехід до наступного етапу розвитку все ж відбувається. На кожному етапі розвитку рослин існують певні вимоги до погодних умов, які нерідко можуть значно різнитися.

Погодні умови впливають на формування врожаїв практично на всіх рівнях -- молекулярному, субклітинному, органів, організмів, екологічному.

Зв'язки організмів з кліматом і погодою мають просторово-часовий характер. Часові зв'язки відбивають послідовність явищ і процесів. Вони незворотні й односпрямовані. Просторові зв'язки виражають географічний розподіл фізичних явищ.

Основні кліматичні чинники середовища (світло, тепло, волога) здійснюють безпосередній і прямий вплив на рослини в основному через ґрунт протягом усього періоду життя і на всій території. Другорядні кліматичні чинники (вітер, хмарність, туман тощо) відіграють допоміжну роль, коригують дію основних чинників і впливають лише в окремі періоди і на невеликих територіях. Наприклад, вітер ослаблює згубну дію приморозків, хмарність зменшує охолодження ґрунту вночі.

Кліматичні чинники.

Тепло.

1. Основне джерело тепла -- тепло ґрунту, води або повітря.

2. Для організмів на поверхні землі додатковим джерелом тепла є пряме сонячне випромінювання, особливо інфрачервоне і видиме. Найбільше воно впливає на листки рослин, тепловий баланс яких визначається поєднанням фізіологічних чинників та умов навколишнього середовища. В сонячні дні температура листків вища, ніж температура повітря, вночі -- нижча; за хмарної погоди температури листків і повітря різняться неістотно. Особливе значення у регулюванні температури листків має транспірація, оскільки випаровування води пов'язане зі значними витратами тепла.

3. Джерелом тепла можуть бути органічні рештки, внаслідок мікробної ферментації яких виділяється тепло. Це дає змогу виживати організмам з підвищеними потребами в теплі під час морозів.

4. Постійним джерелом тепла для організмів є енергія, що вивільняється в процесі обміну речовин (дисиміляції). Організми, температура тіла яких визначається теплом дисиміляції, називають ендотермами; вони здатні підтримувати сталу температуру свого тіла; організми, температура тіла яких залежить від температури навколишнього середовища, називають екзотермами. До числа перших належать ссавці та птахи, до числа других -- решта тваринних організмів і всі рослини. Особливу групу становлять гетеротерми, які в період активності мають сталу температуру, а в період перезимівлі чи відпочинку -- знижену; до них належать деякі ссавці та птахи.

Вода.

4.1 Вода є основною частиною всіх живих організмів. У живих клітинах вміст води досягає 90 %, причому в біохімічних процесах значення води як структурного чинника навіть важливіше, ніж як сировини в процесах продукування і розчинника хімічних сполук.

4.2 Важлива функція води і як розчинника. В ній може розчинятися велика кількість хімічних сполук. Як рослини, так і тварини засвоюють мінеральні солі тільки у формі водних розчинів.

4.3 Транспорт речовин в організмах здійснюється тільки через водні розчини. Процеси росту залежать від надходження води, оскільки вона також є будівельним елементом.

4.4 Вода -- важливий чинник термобуферності організмів, тобто дає їм змогу підтримувати відносну стабільність температури в умовах різкої зміни теплового режиму середовища.

Особливо чутливі до нестачі води тіневитривалі рослини - мезофіти, в яких втрата 1 % води може спричинити в'янення. У степових ксерофітів втрата навіть 25 % води не призводить до припинення життєдіяльності. Рекордсменом є торф'яний мох (сфагнум), який витримує втрату 95 - 97 % води з організму.

Джерела води для організмів. Водний баланс організмів, тобто співвідношення надходження і витрати води, регулюється як самим організмом, так і умовами навколишнього середовища.

Організми споживають воду такими основними шляхами:

1) абсорбцією з водного середовища крізь поверхню тіла (організми, які живуть у воді);

2) всмоктуванням за допомогою кореневої системи;

3) абсорбцією водяної пари (переважно нижчі рослини -- мохи, лишайники, водорості, а також комахи);

4) отриманням води з дощових опадів (деякі рослини);

5) споживанням з їжею;

6) за рахунок вивільнення води в процесі метаболізму.

Кількісний та якісний вплив води на організми.

За ставленням до води розрізняють такі групи організмів:

- гідробіонти -- організми, які живуть у воді;

- гелобіонти -- організми, які живуть у межовій зоні води й суходолу;

- гігрофіли -- організми, які потребують високої вологості середовища (атмофіли -- високої вологості повітря, власне гігрофіли -- високої вологості ґрунту);

- мезофіли -- організми, які живуть в умовах середнього зволоження;

- ксерофіли -- організми, найстійкіші в умовах сухого середовища.

Надмірна вологість повітря:

- призводить до вилягання зернових культур;

- перешкоджає нормальному запиленню рослин;

- затримує підсихання зерна і соломи, збирання врожаю;

- зумовлює поширення грибкових захворювань рослин. Занадто низька вологість повітря (< 30 %):

- призводить до підсихання листків, зменшення фотосинтетичного потенціалу посівів;

- спричинює пересихання пилку, неповне запліднення;

- зумовлює слабке закладання бруньок;

- знижує якість льоноволокна;

- призводить до розтріскування зерна, дострокового його достигання, але підвищує хлібопекарські якості пшениці, вміст цукру в коренеплодах цукрових буряків.

Особливо небезпечне поєднання низької вологості повітря з нестачею води в ґрунті. Зокрема, в період після цвітіння це прискорює достигання зерна (так званий запал зерна), воно виходить щуплим, невиповненим.

Кількість води, яка витрачається на утворення одиниці маси сухої речовини рослин, називають коефіцієнтом водоспоживання kв; його виражають у грамах води на грам сухої речовини. Для певної рослини він не є сталою величиною: за обмежених ресурсів вологи він зменшується, тобто рослини економніше витрачають вологу, за достатніх -- збільшується. Найкраще характеризують потреби рослин у воді протягом вегетаційного періоду біологічні криві водоспоживання рослин фітоценозу за оптимальної вологості ґрунту -- сукупність змінних у часі біологічних коефіцієнтів випаровування за вегетаційний період. Біологічні коефіцієнти залежать від ґрунтово-кліматичних умов та особливостей фітоценозу.

Повітря.

Газовий склад приземного та ґрунтового повітря. Атмосферне повітря складається з азоту (об'ємна частка 78,08 %), кисню (20,95 %), аргону (0,93 %) і вуглекислого газу (0,03 %). Крім того, в повітрі містяться незначні кількості неону, криптону, ксенону, гелію, водню. Вміст перелічених газів у повітрі відносно сталий. З інших складових повітря слід виділити водяну пару, яка є досить мінливою залежно від низки чинників.

Склад ґрунтового повітря менш сталий, що зумовлено відносною замкненістю простору, в якому воно знаходиться, та обмеженими можливостями повітрообміну в системі ґрунт -- приземний шар повітря. Внаслідок біологічної діяльності рослин, тваринних організмів і мікроорганізмів вміст у ґрунтовому повітрі вуглекислого газу може підвищуватись до 10 - 12 %, а кисню -- знижуватись до 10%, що призводить до коливання об'ємної частки азоту від 78 до 87 %.

Висновок

агроекосистема сільськогосподарський метеорологічний

Зазначений підхід до визначення агроекосистем надає певні переваги передусім при вирішенні екологічної проблеми, «повертаючи» людину у біосферу. Проте головнi теоретичнi наслідки застосування такого підходу можуть бути корисними і у практичному сільському господарстві: - Позбавлення, нарешті, ілюзій щодо відмінності «соціалістичного» та «капіталістичного» природокористування у сільському господарстві. Це природокористування з боку Homo Sapiens однаково «від'ємне» по відношенню до природних екосистем починаючи з неоліту. За окремими оцінками , емісія вуглецю в атмосферу лише від землеробства у світі перевищує щонайменше на 10% його викиди від спалювання викопного палива. Тоді логічним є запитання, наскільки коректним є науковий підхід, закладений у Кіотський протокол і чи не слід вважати сільське господарство більш небезпечною для Біосфери галуззю? - Твереза оцінка новітніх технологій у сільському господарстві, особливо у землеробстві, які йдуть із Заходу і які начебто є «природозберігаючими», «енергоощадними», «екологічно толерантними».

Людина є частиною природи і повинна шукати такі форми свого буття, які б не вносили антагонізм у ці відносини. На практиці це означає беззаперечне усвідомлення аксіоми, що збільшення продуктивності сільського господарства можливе лише за рахунок біологічних ресурсів природних екосистем Землі. Темпи ж їх відновлення неспівставні у часі і просторі з природними механізмами .9 Отже, як це не парадоксально, в найближчий час людство очікує дилема або частково повертатись до натурального господарства, наукове обґрунтування чого здійснив ще 100 років тому відомий вітчизняний економіст Сергій Подолинський і яке можливо здійснити у межах агроекосистем, або продовжувати розширювати експансію на природні екосистеми планети.

Література

1. Вернадский В.И. Философские мысли натуралиста. - М., 1988.- 377с.

2. Голубець М.А., Екосистемологія.- Львів:Поллі, 2000. - С.53.

3. Горшков В.Г. Физические и биологические основы устойчивости жизни. / Отв. ред. К.С. Лосев. - М.: ВИНИТИ, 1995. - 470с.

4. Ермолов А.С. Наш земельный вопрос. М. 1906, с. 235с.

5. Екологічна енциклопедія: У 3 т. / Редколегія: А.В.Толстоухов (головний редактор) та ін.-- К.: ТОВ «Центр екологічної освіти та інформації», 2006. - Т.1: А-Е. - 432с.

6. Крючков В.Г. Территориальная организация сельского хозяйства. - М.: Мысль, 1978. - 333с.

7. Лапо А.В. Следы былых биосфер. - М.: Изд-во «Знание», 1987. - 208с.

8. Лосев К.С., Ананичева М.Д., Чеснокова И.В. Ландшафтоведение и экология - соотношения и структурные единицы. / Укр. геогр. журн. - 2001, № 4. - С.53.

9. Мечников И.И. Этюды оптимизма. М.: Наука, 1987. - С.199.

10. Лосев К.С. Бюджет антропогенного углерода и роль екосистем в его эмиссии и стоке в глобальном и континентальном масштабах. /Страны и регионы на пути к сбалансированному развитию. Сборник научных трудов.- Киев, «Академпериодика», 2003. - С.36-41.

11. Маркс К., Энгельс Ф. Соч.2-е изд. Т.23. С.189.

12. Ракитников А.Н. География сельского хозяйства. - М.:Мысль,1970.- 342с.

13. Соколов И.А., Таргульян В.О. Взаимодействие почвы и среды: почва - память и почва-момент. / Изучение и освоение природной среды. - М., 1976. - С.150-164.

Размещено на Allbest.ru