Основы экологии

На рис. 87 показаны основные факторы, влияющие на плодородие почв.

При рациональном природопользовании для сохранения плодородия почв используются следующие приемы.

Борьба с эрозией - смывом или сдуванием поверхностного наиболее плодородного слоя почвы. Для этого земли на склонах засевают многолетними травами, которые образуют дернину, защищающую поверхность почвы от разрушения водой и ветром. Применяют специальные приемы обработки почвы, сохраняющие на ее поверхности часть жнивья (того, что остается на поле после скашивания однолетних культур). Обработку почвы ведут поперек склона, и каждая бороздка становится маленькой плотиной, препятствующей стеканию воды со взвешенными в ней почвенными частицами. Для предотвращения ветровой эрозии используют кулисы - полосы из высокорослых растений (подсолнечник, кукуруза), которые остаются на поле после уборки урожая. Кулисы располагают поперек направления господствующих ветров. Особый вид эрозии - образование оврагов. Для предотвращения или остановки этого процесса проводят специальные посадки леса.

Замена отвальной вспашки безотвальным рыхлением почвы. При обработке отвальным плугом почва ставится «с ног на голову»: подповерхностный слой почвы, в котором микроорганизмы-гумификаторы перерабатывают пожнивные остатки в гумус, оказывается на поверхности. Процесс образования гумуса замедляется, а его разрушение, напротив, ускоряется. На незащищенной растениями почве усиливается эрозия. Поэтому отвальную вспашку заменяют рыхлением без оборота пласта. Для этого используют специальные орудия - рыхлители (дисковые бороны, плоскорезы, щелеватели и др.). Безотвальная обработка может быть мелкой (5-10 см) и глубокой. Иногда посев проводят в жнивье без обработки (этот прием называют «нулевой» обработкой почвы).

Севооборот. Это чередование разных культур на одном поле. В состав севооборота, кроме зерновых (пшеница, рожь) или пропашных (кукуруза), включают многолетние и однолетние бобовые травы, которые благодаря связанным с ними клубеньковым бактериям пополняют запасы азота в почве. Повышают плодородие почв и сидераты - культуры, зеленую массу которых запахивают в почву. Чередование культур облегчает борьбу с вредителями сельскохозяйственных растений, снижает засоренность полей сорными растениями.

Применение органоминеральных удобрений. При внесении минеральных удобрений, особенно в высоких дозах, активизируются микроорганизмы, разрушающие гумус, а деятельность микроорганизмов-гумификаторов подавляется. В результате запас плодородия в почве снижается. Если минеральные удобрения вносить невысокими дозами одновременно с органическими удобрениями (в первую очередь - с навозом), этого не происходит. Гумус не разрушается, а питательные вещества удобрений поступают в почвенный раствор и повышают урожай.

Сухое земледелие. Орошение, как и отвальная вспашка, подавляет жизнедеятельность микроорганизмов-гумификаторов и разрушает структуру почвы. В южных районах России орошение приводит к вторичному засолению почвы. Чтобы уменьшить площади орошаемых земель, выращивают засухоустойчивые культуры, которые могут обходиться без полива. На орошаемых землях выращивают только требовательные к влаге овощи (капусту, огурцы) или многолетние травы в степных районах. Орошение на одном участке проводят не более 2-3 лет, после чего почве дают отдых и выращивают культуры без полива.

Использование легкой сельскохозяйственной техники. Тяжелые тракторы уплотняют почву и разрушают ее структуру, и потому лучше использовать легкие колесные тракторы. Часто для их прохода создают специальную колею: при уходе за посевом (подкормка, культивация и т.д.) трактор проходит по собственному следу. При этом почва уплотняется только под колеёй. Применяют также специальные широкопрофильные шины, уменьшающие давление на почву, и широкозахватные агрегаты, позволяющие обработать поле за меньшее число проходов техники. Для уменьшения числа проходов совмещают разные агрегаты - одновременно проводят рыхление почвы, посев и внесение удобрений.

Контрольные вопросы

1. Какую роль в поддержании плодородия почвы играют микроорганизмы?

2. Что такое эрозия и как можно уменьшить ее влияние на почвы?

3. Какие преимущества имеет безотвальная обработка почвы?

4. Что такое севооборот, какова его роль в поддержании плодородия почв?

5. Как можно увеличить биологическую азотфиксацию в агроэкосистеме?

6. Почему опасно применять минеральные удобрения без органических?

7. Какие приемы помогают сохранить и восстановить плодородие почвы?

Справочный материал

Сельскохозяйственная освоенность территории России составляет 13%, две трети этой территории - пашня (131,7 млн. га), площадь которой год от года сокращается. Каждый год из сельскохозяйственного использования выбывает более 1 млн. га в результате эрозии, в том числе 100 тыс. га «съедают» овраги. Ежегодно почвы России теряют более 0,6 т/ гумуса на 1 га. Из 5,9 млн. га орошаемых земель более половины вторично засолены и дают крайне низкие урожаи. Каждый четвертый гектар пашни имеет кислые почвы (в силу своей природы или из-за выпадения кислотных дождей и применения удобрений), что также снижает урожай. Сокращается площадь пашни в результате «расползания» городов», строительства дорог и промышленных объектов.

За годы реформирования положение в сельском хозяйстве России в целом ухудшилось, что во многом связано с низкими ценами на сельскохозяйственную продукцию и высокими ценами на горючее, сельскохозяйственную технику, удобрения и пестициды. Внесение органических удобрений по сравнению с 1986-1990 гг. сократилось в 2 раза, а минеральных - в 3,5 раза. В 2 раза сократились площади, на которых проводилось известкование, в 5 раз - площадь кормовых угодий, которые улучшены коренным путем. Противоэрозионных лесных насаждений также создается меньше, чем в 1990 г.

В то же время рыночные отношения дали и некоторые положительные результаты. Более оптимальной стала структура сельскохозяйственных угодий. Повсеместно из пахотного использования выведены эродированные и низкоурожайные почвы, ликвидировано избыточное поголовье скота, которое не было обеспечено своими кормами, широко распространилась более экономичная и экологичная безотвальная обработка почвы. В размещении культур более широко используют адаптивный подход - отступила на юг пшеница и ее заместили ячмень и рожь. Прекращена практика экологически опасной и неэффективной гидромелиорации земель.

Повысилась окупаемость затрат продукцией, так как ушли в прошлое создание «кладбищ» сельскохозяйственной техники, сваливание удобрений в овраги и хранение в хозяйствах значительного количества экологически опасных пестицидов, которые не были использованы.

Все это дает повод для оптимизма: при государственной поддержке сельское хозяйство России может быстро увеличить объемы производства и полностью обеспечить продовольствием население страны.

(ДОП.) § 57. ИСТОРИЯ ОБРАБОТКИ ПОЧВЫ

История обработки почвы (т.е. история земледелия) такая же древняя, как и история выращивания культурных растений, и насчитывает около 10 тысяч лет. Сначала человек использовал самое примитивное орудие - палку-копалку из прочной древесины. Со временем у такой палки появился каменный, а затем и металлический наконечник. С развитием кузнечного дела палку сменили мотыга и лопата. Одомашнивание скота позволило человеку использовать его при тяжелом труде рыхления почвы: тягловый скот тянул такую же палку-копалку, только большего размера. Появились разные рыхлители, в нашей стране самым известным из них была русская соха. Все эти орудия воздействовали на почву одинаково - они не изменяли положение ее слоев, а лишь разрыхляли плотную дернину и подстилающий слой почвы.

Примерно полтора столетия назад на смену рыхлителям пришли металлические плуги. Вначале их тянули лошади и волы, на смену которым со временем пришли тракторы. Плуг подрезает верхний слой почвы, переворачивает его, бросает на дно борозды и засыпает. Разработаны плуги разных конструкций - простые с одним лемехом; с предплужником; с несколькими лемехами, расположенными друг над другом, и другие. Но все они ставят почву «с ног на голову».

Плужная обработка разрушает почву: ухудшает ее структуру и условия жизни для почвенных животных и микроорганизмов. Она способствует накоплению в почве запахиваемых в нее семян сорняков, которые могут сохранять всхожесть десятки лет. При каждом новом обороте пласта семена, оказавшиеся на поверхности, прорастают и засоряют почву. Оборот пласта ухудшает водный режим почвы, разрывая капилляры, по которым влага поднимается из более глубоких слоев или просачивается с поверхности вглубь. Темная поверхность перевернутой почвы легко нагревается и испаряет много влаги, такая почва подвергается водной и ветровой эрозии.

Против обработки почвы плугом в начале столетия выступали русский агроном А. И. Овсинский и американский ученый-фермер Г. Фолкнер, и в наше время - народный академик из Курганской области Т. С. Мальцев. Многие земледельцы отказываются от обработки почвы с оборотом пласта и переходят на безотвальную обработку, которая в зависимости от почвы и климата различается. При минимальной обработке рыхлится верхний 3-7-сантиметровый слой почвы. При глубокой безотвальной обработке вслед за бороной, выполняющей минимальную обработку, почву рыхлит щелеватель, который прорезает щели на глубину до 60 см, что способствует накоплению осенней и весенней влаги.

В то же время преимущества безотвальной обработки проявляются не во всех природных условиях, а только при дефиците влаги в почве. Поэтому ее чаще применяют в степной зоне и в лесостепи. В Нечерноземье, где почвы подзолистые или серые лесные, безотвальную обработку чередуют с плужной вспашкой, при которой легче заделать в почву навоз и распахать дернину после уборки урожая многолетних трав.

Контрольные вопросы

1. Какие экологические преимущества имеет безотвальная обработка почвы?

2. В каких природных условиях она применяется?

3. Можно ли полностью «списать» плуг?

§ 58. ПРОЧИЕ РЕСУРСЫ АГРОЭКОСИСТЕМЫ

Важные ресурсы агроэкосистемы - естественные кормовые угодья (луга, степи, иногда болота), а также входящие в ее состав леса и водоемы. О том, как поддерживать продуктивность лугов и степей, мы уже говорили - нужно проводить поверхностное и коренное улучшение и нормировать выпас. На каждом гектаре пастбища следует содержать лишь столько животных, сколько можно прокормить, не разрушая травостой.

Болота не только аккумулируют влагу, но и поддерживают водность рек и ручьев в сухое время года. Это идеальные фильтры, задерживающие и разлагающие органические смывы с ферм, минеральные удобрения и пестициды. Река или ручей, обрамленные заболоченной долиной шириной всего в 30-50 м, защищены от сельскохозяйственного загрязнения. Ни в коем случае нельзя пасти скот на болотах, во многих случаях не следует их осушать.

Леса поддерживают экологическое равновесие в агроэкосистеме и играют роль «зелёного каркаса». В разных природных зонах площадь леса в агроэкосистеме должна быть от 10-20% (степная зона) до 40-60% (лесная зона). Лес улучшает климат и водный баланс территории, служит пристанищем птиц и других полезных животных, включая и промысловых (зайцы, кабаны, лоси), он имеет большое эстетическое и рекреационное значение, снабжает население грибами, ягодами, лекарственными растениями.

Леса и другие элементы естественной растительности в составе агроэкосистемы (заросли кустарников по оврагам, рудеральное высокотравье по обочинам полей и дорог) следует охранять от выпаса и попадания пестицидов. Нельзя допускать в леса скот. Для обработки полей пестицидами следует применять только наземные опрыскиватели.

В экологически правильно организованных агроэкосистемах наблюдается высокое биологическое разнообразие. В них много видов растений и животных, и в том числе - птиц и насекомых-хищников, которые помогают контролировать плотность популяций вредителей. Это биологическое разнообразие - важный ресурс агроэкосистемы, который необходимо сохранить.

Контрольные вопросы

1. Какую роль играют болота в агроэкосистеме?

2. Какую роль в агроэкосистеме играют леса?

3. Какое значения для агроэкосистемы имеет высокое биологическое разнообразие?

§ 59. КОНТРОЛЬ СОРНЯКОВ, НАСЕКОМЫХ-ВРЕДИТЕЛЕЙ И БОЛЕЗНЕЙ

В естественных экосистемах нет проблем, связанных с вредителями, сорняками или болезнями. Плотность популяций разных организмов регулируется там за счет механизмов поддержания экологического равновесия.

В создаваемых человеком агроэкосистемах такое экологическое равновесие само по себе не формируется. В отличие от естественных экосистем, в которых совместно обитают растения десятков разных видов, человек создает одновидовые или маловидовые посевы - агроценозы. Выращивание культурных растений создает условия для размножения их насекомых-вредителей, а также бактерий, грибов и вирусов, вызывающих болезни. Слабая конкурентная способность культурных растений способствует массовому развитию сорных растений.

Сорные растения, обладающие мощной корневой системой, быстро отрастают весной и перехватывают у культурных растений воду и элементы минерального питания. При массовом развитии сорняков урожай снижается. Человек вынужден применять специальные методы контроля плотности популяций сорняков, чтобы защитить культурные растения. (Рис. 88).

В то же время, если плотность популяций сорных растений невелика, они не только не снижают урожая, но даже могут принести пользу. Имея более глубокие, чем у культурных растений корни, они поднимают в пахотный слой почвы некоторые питательные элементы. При внесении минеральных удобрений сорняки запасают элементы питания в своих подземных органах, уменьшая их бесполезное вымывание из почвы. После отмирания и перегнивания сорных растений элементы питания возвращаются в почвенный раствор и улучшают условия питания культурных растений. Сорные растения - пристанища полезных насекомых-хищников.

Контроль сорных растений чаще всего осуществляют агротехническим методом. При этом проводят культивацию (рыхление междурядий) и осеннюю зяблевую обработку почвы. Такая обработка провоцирует прорастание семян сорных растений, и они гибнут от мороза.

Большую роль играют и биологические методы контроля сорняков, вредителей и болезней. Культуры с густым пологом, например, многолетние травы или озимая рожь, справляются с сорными растениями сами, а для того чтобы помочь более слабым культурным растениям выстоять в конкуренции с сорняками, используют микогербициды (от греческого слова микес - гриб) - споры грибов, поражающих определенные виды массово развивающихся и потому опасных сорняков.

Можно также использовать препараты, изготовленные на основе этих грибов. Весьма эффективны в борьбе с сорными растениями насекомые-вредители, которые выедают их цветочные почки и завязи цветков.

Для контроля многих массовых насекомых-вредителей культурных растений используют их врагов - хищников или паразитов. Хищники поедают насекомых-вредителей, а паразиты откладывают свои яйца в более крупные яйца и куколки вредителей, убивая их (рис. 89).

Селекционеры выводят устойчивые к вредителям и болезням сорта растений. Например, рожь сорта «Чулпан» устойчива к стеблевым паразитам - личинкам мух: не смотря на то, что у части побегов, поврежденных этими паразитами, не образуется колосьев, урожай не снижается - более крупные колосья формируются на здоровых побегах. Новая культура тритикале (гибрид пшеницы и ржи) не боится ржавчинных грибов, которые очень вредят ржи. В тех случаях, когда сорные растения не удается контролировать агротехническими и биологическими методами, применяют гербициды. Гербициды нового поколения используют в невысоких дозах, они быстро разлагаются после применения и не загрязняют ни почвы, ни продукты питания.

У всех культурных растений есть «запас прочности», они легко переносят небольшие повреждения. Если часть листьев съедена, урожай может даже увеличиться, так как сохранившиеся листья получат больше света и диоксида углерода и фотосинтез пойдет активнее. Травостой будет вентилироваться, и на растениях не поселятся паразитные ржавчинные грибы.

Агроэкологи стремятся сформировать в агроэкосистемах подобие экологического равновесия в естественных экосистемах (рис. 90). Взаимоотношения между растениями и животными называются при этом системой полезных симбиотических связей. Главные звенья такой системы - хищные насекомые и насекомоядные птицы. Для их размножения в агроэкосистеме сохраняют (или создают) убежища: небольшие перелески, овражки, лесные полосы, заросшие высокими травами обочины дорог и полей.

Введение системы севооборотов защищает культурные растения от массового размножения вредителей. Включение в севооборот, к примеру, рапса ухудшает условия для развития вредителей пшеницы или гороха.

Контрольные вопросы

1. Почему важно охранять биологическое разнообразие в агроэкосистемах?

2. Что такое контроль плотности популяций сорных растений, какими методами его осуществляют?

3. В чем преимущества биологических методов контроля сорняков?

4. Расскажите о положительных и отрицательных сторонах химических мер контроля сорных растений, вредителей и болезней.

5. Можно ли в ходе селекции повысить устойчивость культурных растений к сорнякам, вредителям и болезням?

6. Между какими элементами агроэкосистемы возможно экологическое равновесие?

7. Что такое система полезных симбиотических связей?

Справочный материал

В настоящее время для контроля насекомых-вредителей используют 300 видов «врагов наших врагов», однако с их помощью можно снизить плотность популяций лишь 150-200 вредных видов, общее же число видов-вредителей на полях мира приближается к 10 тысячам.

Для борьбы с вредителями растений используют мушку из рода трихограмма. Эти крохотные насекомые с размером тела от 0,2 до 0,9 мм, как наездники, садятся на яйцо насекомого-вредителя, протыкают его и откладывают внутрь свое яичко. Одна такая мушка заражает 25--150 яиц, внутри которых развиваются личинки, губящие хозяина.

Биологические методы контроля вредителей предусматривают использование не только насекомых, но и птиц. Одна семья перепелов, поселившаяся на поле сахарной свеклы, способна очистить 10 га культуры от свекловичного долгоносика. В агроэкосистеме с лесополосами и естественными перелесками птицы могут контролировать до 70% насекомых-вредителей.

В 80-е годы прошлого столетия цитрусовые плантации Калифорнии практически полностью погибли из-за завезенного из Австралии вредителя червеца. Пришлось завозить из Австралии и естественного врага червеца - хищного жука родолию, родственника нашей божьей ковровки (рис. 91). Через несколько месяцев после того, как на плантации было выпущено 10 тыс. родолий (129 привезенных жуков размножили в лаборатории), с червецом было практически покончено. Родолия эффективно контролировала плотность червецов, пока плантации не начали обрабатывать препаратом ДДТ. Все родолии погибли, и неуязвимый для ДДТ вредитель вновь стал бичом цитрусовых. Опыт использования родолий остается одним из самых наглядных примеров успешного применения биологического метода.

(ДОП.) § 60. ИСТОРИЯ СЕВООБОРОТОВ

Существует предположение, что земледелие началось в горах и лишь потом постепенно спустилось в речные долины. Много позже оно охватило лесную зону и, наконец, когда у человека появился опыт обработки почвы с использованием тягловой силы животных, наступил черед распашки степей. Но где бы человек ни пахал почвы, вплоть до начала XVIII в. (в некоторых малозалесенных районах еще позже) подход к использованию земли был одинаковым: распахав участок и посеяв на нем ячмень или пшеницу (в Европе), кукурузу или картофель (в Америке), через несколько лет человек забрасывал его и осваивал новый. Ведь на использовавшейся несколько лет подряд пашне урожай падал и посевы сильно засорялись. На брошенном участке возобновлялась естественная растительность и восстанавливалось плодородие почв. Через 10--20 лет этот участок можно было использовать вновь.

Из ранних систем земледелия наиболее известна подсечно-огневая (в лесной зоне; там лес вначале подсекали - надрубали кору, подсушивали и затем сжигали) и залежно-переложная (в степной зоне; там на заброшенной пашне восстанавливались естественные степи), для которых было характерно чередование стадии пашни и естественной растительности. Эти агроэкосистемы были самовосстанавливающимися - израненную плугом почву периодически залечивала естественная растительность.

Население Земли росло, потребность в пище соответственно увеличивалась. Доля пашни в агроэкосистеме возрастала, а доля естественной растительности уменьшалась. Когда способность растительности восстанавливать почву иссякла, пришлось заменять древние системы земледелия севооборотами. В севооборотах почворазрушающие культуры, такие, как ячмень, пшеница, рожь, кукуруза, подсолнечник и др., чередуются с почвоулучшающими - горохом, соей, бобами, многолетними травами. Если севооборот организован правильно, то все взятое из почвы с урожаем возвращается ей почвовосстанавливающими культурами, органическими и минеральными удобрениями.

В севооборотах большое значение играют сидераты - культуры из семейств бобовых (в Нечерноземье - люпин, в Черноземье - донник) или крестоцветных (рапс). Зеленую массу сидератов не убирают с поля, а запахивают в почву как зеленое удобрение. В районах с теплым климатом сидераты можно выращивать до основной культуры или после уборки ее урожая (такие сидераты называются промежуточными культурами), наконец, их можно сеять вместе с основной культурой (например, с кукурузой) и оставить после ее уборки набирать зеленую массу. Немецкие фермеры называют сидераты «золотом земледельца». Их эффективность при удобрении почвы выше, чем у навоза.

Особенности севооборотов зависят от климатических и почвенных условий и от хозяйственной задачи: они могут быть зерновыми, кормовыми (выращиваются разные кормовые культуры: кукуруза, корнеплоды, многолетние и однолетние травы), свекловичными, картофельными. Название севообороту дают по преобладающей культуре.

Чтобы определить, какие культуры и сколько лет возделывать на каждом этапе севооборота и какова будет его общая продолжительность, важно установить последовательность культур. Культура, которая выращивалась на поле в прошлом году, называется предшественником. Горох, обогащающий почву азотом, например, является отличным предшественником для многих культур - всех зерновых и пропашных. Хорошим предшественником для большинства культур является озимая рожь. Она очищает поля от сорняков за счет дружного развития с весны и ранней уборки, позволяющей рано провести зяблевую вспашку и спровоцировать прорастание семян сорняков. Яровые зерновые - пшеница и ячмень - хорошие предшественники для гороха, сахарной свеклы, подсолнечника, многолетних трав, рапса. Подсолнечник не годится как предшественник для пропашных культур, которые высевают с широкими междурядьями, регулярно обрабатываемыми культиваторами, но после него хорошо растет пшеница.

Обычно в севооборот включают еще и паровые поля, почва которых «отдыхает» от интенсивного использования и «подлечивается» (для этого на паровые поля вносят навоз, их очищают от сорняков специальными обработками или гербицидами). Раньше использовались чистые, или черные пары, на которых вегетационный сезон (или хотя бы с весны и до посева озимых) не возделывались культурные растения.

Чистые пары полезны тем, что запасают влагу, которая впитывается в хорошо разрыхленную почву, но у них есть и минусы. Первый из них - экономический: человек лишается полезной площади, с которой можно получить урожай. Второй - экологический: паровые поля особенно сильно подвержены эрозии. Пары усиливают дефицит азота, так как микроорганизмы минерализуют азот гумуса, который переходит в нитратные формы, вымывается дождями и улетучивается в атмосферу.

Этих недостатков нет у занятых паров, когда на паровом поле выращивается почвоулучшающая культура. Эта культура дает урожай или используется как зеленое удобрение и становится залогом урожая будущего года. На занятых парах нет эрозии, но не накапливается влага. Если последующий год будет засушливым, урожай на этом поле снизится.

В разных зонах применяют разные пары. В степях, где в дефиците вода, а черноземные почвы достаточно плодородны, целесообразнее иметь чистые пары, так как главное для будущего урожая здесь - создать запас влаги. Занятые пары используются в районах с большим количеством осадков и лесными почвами, которые бедны питательными элементами.

В степной зоне используются и различные варианты комбинированных паров, например кулисные, когда на поле сохраняются полосы высоких растений, способствующих снегонакоплению и уменьшающих риск эрозии.

Контрольные вопросы

1. Какие системы земледелия использовались до введения севооборотов?

2. Какие требования предъявляют к культуре-предшественнику?

3. Какую роль играют чистые и занятые пары?

4. Что такое сидераты и какова их роль в поддержании плодородия почв?

(ДОП.) § 61. ЭКОЛОГИЯ ЖИВОТНОВОДСТВА

Одомашнивание животных произошло примерно в то же время, что и введение в культуру растений, т.е. около 10 тысяч лет назад. Археологи считают, что первыми были одомашнены овца, коза и собака. (Рис. 92.) Крупный рогатый скот и свинья в хозяйстве человека появились позже.

Сельскохозяйственные животные - главные консументы агроэкосистемы. В разных природных условиях разводят разные виды скота. Для лесной зоны экологически более подходит крупный рогатый скот, для степной - свиньи, в откорме которых большую роль играет зерно. Если имеется много земель, непригодных для пашни (горные склоны, засоленные почвы), оправдано овцеводство. В некоторых районах, где много естественных пастбищ (Якутия, Башкортостан, Татарстан) развито коневодство. Лошади не боятся суровой зимы, их круглый год можно содержать на подножном корме. Из молока кобылиц делают целебный напиток - кумыс. Высокими вкусовыми качествами отличается конское мясо.

Соотношение между растениеводством и животноводством - одно из главных звеньев системы управления агроэкосистемой человеком. Оно устанавливается с учетом экологических требований. Для развития животноводства необходимы и посевы, и естественные кормовые угодья. Если скота мало, то мало и органических удобрений - навоза, и это плохо для растениеводства. Если скота слишком много, происходит разрушение пастбищ или приходится использовать под кормовые культуры слишком много пахотных земель. Преобладание растениеводства выгодно в хозяйствах черноземной зоны, где можно выращивать твердую пшеницу, зерно которой имеет высокую стоимость; преобладание животноводства - в Нечерноземье, где выращиваемые на пашне корма выгодно «пропустить» через сельскохозяйственных животных.

Для повышения прибыльности животноводства нужно повышать эффективность откорма, то есть перехода первичной биологической продукции во вторичную. Если пересчитать корма, расходуемые на получение 1 кг мяса на зерно, то получается, что производство 1 кг мяса коровы, свиньи и бройлера обходится соответственно в 6, 4 и 2 кг зерна. Эффективность откорма рыб такая же, как бройлеров. Этим объясняется широкое развитие производства мяса бройлеров в развитых странах. (Кстати, «американские куриные окорочки», даже с учетом затрат на их транспортировку в Россию, стоят дешевле нашей свинины и говядины.) Самый дешевый животный белок - в молоке, на получение 1 кг такого белка затрачивается около 1,5 кг зерна.

Эффективность откорма повышается при использовании полноценных кормов, содержащих все необходимые элементы питания, особенно белок. Так, в рационе коровы в 1 кормовой единице (1 кормовая единица соответствует питательности 1 кг зерна овса) должно содержаться 125 г белка. Если в силосе или сене белка много, то корма корове требуется меньше.

Повышается эффективность откорма и при уменьшении затрат энергии на сам процесс питания животных. Корова, например, ест не больше 8 часов в сутки. Остальное время она отдыхает и пережевывает жвачку (размельчает то, что было съедено на пастбище или из кормушки в стойле). Чтобы корова за 8 часов съедала достаточное количество травы, травостой на пастбище не должен быть слишком низким (корове неудобно откусывать растения , высота которых ниже 10 см) или слишком высоким.

В зимнее время важно содержать коров в теплых помещениях. Если корове будет холодно, то энергия пищи пойдет не на образование молока и прибавку веса, а на согревание животного. Чем крупнее животное, тем легче ему согреться: бык массой 500 кг переносит холод легче, чем теленок.

В разном возрасте эффективность откорма коров неодинакова: молодое животное лучше набирает вес, у взрослого - привесы резко снижаются. Молоко корова дает несколько лет примерно с одной и той же затратой кормов. Отсюда и два типа содержания скота - мясной откорм, при котором животное содержат не больше года, и молочное разведение, при котором корову доят в течение 5-7 лет.

Важный вопрос экологии животноводства - проблема стоков. На небольших фермах скоту подстилают солому, и навоз смешивается с ней. Эта смесь легко перегнивает и является прекрасным удобрением. Однако на скотоводческих комплексах с тысячами голов скота применяют бесподстилочное содержание животных, а навоз смывают водой. Такой навоз называется бесподстилочным, его нельзя непосредственно использовать как удобрение. Он убивает полезную микрофлору почвы, загрязняет ее болезнетворными бактериями и засоряет семенами сорных растений, которые невредимыми проходят через пищеварительную систему животных.

Перед внесением на поля бесподстилочный навоз подвергают специальной обработке - компостируют с соломой или опилками и торфом, перерабатывают в бродильных чанах. При брожении навоз обеззараживается, и образуется биогаз, которым можно отапливать ферму. Можно разбавлять навоз водой и этим раствором поливать поля, на которых выращивают многолетние травы. Еще лучше разбавленный навоз удобряет почву, если она покрыта равномерно разбросанной соломой.

Чем больше скота на ферме, тем сложнее организовать переработку навоза в удобрение и больше затраты на его транспортировку. Поэтому фермы с поголовьем свыше 50 голов крупного рогатого скота и 200-300 голов свиней неоправданны экологически и невыгодны экономически.

В экологически правильно организованном хозяйстве скот является таким же органичным элементом агроэкосистемы, как животные-консументы в естественной экосистеме леса или целинной степи.

Контрольные вопросы

1. Как различается эффективность откорма разных видов животных?

2. Как можно повысить эффективность откорма?

3. Почему неоправданны крупные скотооткормочные комплексы?

§ 62. СЕЛЬСКОХОЗЯЙСТВЕННОЕ ЗАГРЯЗНЕНИЕ

Сельскохозяйственное загрязнение, как и промышленное, наносит ущерб экосистемам. Оно бывает нескольких типов.

Загрязнение воды стоками животноводческих ферм и скотооткормочных комплексов. Хотя навоз является прекрасным удобрением, он может нанести вред природным экосистемам, если неправильно подготовлен к внесению на поля. Чтобы не загрязнять водоемы навозными стоками, строят навозохранилища с бетонными стенами; фермы, расположенные рядом с реками и ручьями, перемещают, чтобы снизить вероятность попадания загрязняющих веществ в воду.

Загрязнение пестицидами и их остатками. Из-за этого загрязнения обедняется живое население почвы - снижается численность почвенных животных, водорослей, микроорганизмов, в результате замедляются разложение редуцентами органических остатков и возврат питательных элементов в почвенный раствор. Остатки пестицидов могут попасть в воду (особенно при орошаемом земледелии и выращивании риса), в атмосферу, в продукты питания. Большая часть пестицидов и продуктов их неполного разложения токсична и отрицательно влияет на здоровье человека.

Загрязнение почвы тяжелыми металлами. Этот вид загрязнения связан с внесением фосфорных удобрений, в которых обычно бывает примесь тяжелых металлов - кадмия, кобальта, цинка и др. Для предотвращения этого загрязнения необходимо тщательно очищать удобрения на предприятиях, где их производят, и контролировать содержание тяжелых металлов в партиях удобрений и в почвах.

Вдоль больших дорог, пересекающих агроэкосистемы, на расстоянии до 100 м почвы могут быть загрязнены свинцом, если в автомобилях используется этилированный бензин, в котором содержится этот тяжелый металл.

Загрязнение почвы и продуктов питания нитратами. Загрязнение продуктов питания нитратами считается опасным, если на каждый килограмм веса человек потребляет более 5 мг нитратов в сутки. Попав с продуктами в организм человека, нитраты нарушают нормальную работу кровеносной системы, что особенно опасно для детей грудного возраста. Нитраты вступают в сложные комплексные соединения, называемые нитрозными. Нитрозные соединения канцерогенны, т.е. могут стать причиной развития раковых опухолей.

Чтобы в овощах не накапливались нитраты, нужно ограничивать применение минеральных азотных удобрений и использовать их одновременно с органическими удобрениями (навозом). Если концентрация нитратов в почвенном растворе будет невысока, их содержание в овощах также не превысит норму. Нитраты более активно накапливаются растениями при недостатке света, поэтому культуры с высокой способностью накапливать нитраты нельзя выращивать в затененных местах.

Сельскохозяйственное загрязнение среды может усугубляться техногенным загрязнением. Так, в результате атмосферной эмиссии (то есть выпадения из атмосферы) почвы агроэкосистем могут загрязняться тяжелыми металлами и подкисляться при выпадении кислотных дождей. Кислотные дожди при этом могут улучшать обеспечение почвы азотом, так как в их составе есть азотная кислота.

Контрольные вопросы

1. Какие типы сельскохозяйственного загрязнения вы знаете?

2. Чем опасно загрязнение продуктов нитратами?

3. Как можно уменьшить сельскохозяйственное загрязнение среды?

Справочный материал

Мировой стандарт расхода пестицидов составляет 7 кг на 1 га. Его превышение является причиной широкого распространения болезней, связанных с загрязнением воды пестицидами. В первую очередь это болезни печени и желудка, а также онкологические заболевания. В большинстве районов России пестицидные нагрузки составляют 0,5-2 кг/га, что экологически мало опасно.

Из-за отравления ДДТ на востоке США полностью исчез сапсан. Содержание ДДТ в жировых тканях человеческого тела достигает в США 12-16 частей на миллион, а официально установленный предел допустимого содержания его в пищевых продуктах составляет 7 частей на миллион.

По способности накапливать нитраты овощи можно разделить на шесть групп: 1) больше 5 г нитратов на 1 кг продукции (все виды салата, включая и кресс-салат, петрушка, редис); 2) до 5 г на 1 кг (шпинат, редька, капуста, морковь, репчатый лук); 4) до 3 г на 1 кг (лук-порей, ревень, укроп); 5) до 1 г на 1 кг (тыква); 6) менее 1 г на 1 кг (огурцы, арбузы, дыни, помидоры, баклажаны, картофель).

Полезно знать, как распределены нитраты в овощах. Так, у свеклы нитраты сконцентрированы в верхней части корнеплода (рис. 93.), и срезав его (примерно на 1/5 длины), можно снизить количество нитратов в борще или винегрете. В моркови в центральной желтой части нитратов больше, чем в окружающей красной. Поэтому маленьким детям готовят сок только из внешней красной части моркови. У капусты самая опасная часть - кочерыжка, концентрируются нитраты и в толстых черешках листьев кочана. Так что, если неизвестно, как была выращена капуста и сколько в ней нитратов, лучше не использовать в пищу эти части. Нитраты из капусты улетучиваются при квашении.

У картофеля в мелких клубнях нитратов больше, чем в крупных. Кроме того, они сосредоточены под кожурой. Картофель, выращенный с использованием минеральных азотных удобрений, не стоит варить «в мундире», а лучше очистить, причем, не экономной картофелечисткой, а ножом.

§ 63. ЭНЕРГОСБЕРЕЖЕНИЕ В СЕЛЬСКОМ ХОЗЯЙСТВЕ

Человек всегда оставлял на семена самые урожайные растения. При этом он ухаживал за растениями - обрабатывал почву, поливал, боролся с сорняками и насекомыми-вредителями, вносил удобрения. И чем урожайнее были культурные растения, тем больше они требовали вложений антропогенной энергии.

Урожайность сельскохозяйственных культур и общая продуктивность агроэкосистемы с увеличением вложений энергии вначале возрастала довольно быстро. Но со временем новые вложения антропогенной энергии стали давать все меньшую прибавку урожая. Чтобы повысить урожай в 2 раза, приходится увеличивать вложения энергии в 10 раз. Энергия добывается из нефти, газа, угля, а количество этих энергоносителей ограничено.

Агроэкология разрабатывает способы получения высоких урожаев при снижении затрат антропогенной энергии. Познакомимся с основными приемами энергосбережения в сельском хозяйстве.

Правильное размещение сельскохозяйственных культур. Чем лучше подходят растению условия произрастания, тем оно продуктивнее и меньше затраты на получение урожая. Сегодня в Нечерноземье уменьшают долю посевов яровой пшеницы и больше высевают озимой ржи (в особенности сорта «Чулпан»), дающей с 1 га на 10-20 ц зерна больше, чем пшеница. Затраты энергии на выращивание при этом одинаковы. Значит, для получения 1 кг ржаного зерна нужно в 1,5-2 раза меньше энергии. В южных районах страны пшеницу заменяют на сорго, которое за высокую засухоустойчивость академик Н.И. Вавилов назвал «верблюдом растительного мира».

Селекция сортов с повышенной конкурентной мощностью и устойчивостью к засухе, заболеваниям и насекомым-вредителям. Засухоустойчивые сорта не нужно поливать, следовательно, экономятся затраты энергии на подачу воды. Сорта, защищающие себя от грибных заболеваний или вредителей, не требуют применения пестицидов, на производство которых затрачивается много энергии.

Смешанные посевы. В их состав включают растения с разными экологическими нишами - более и менее засухоустойчивые, с глубокой корневой системой и поверхностно укореняющиеся, высокие и низкие (например, эффективны смешанные посевы высокорослой и низкорослой кукурузы). Для получения корма (на зеленую массу, силос) высевают смесь разных культур (например, в степных районах - смесь кукурузы и сои, в Нечерноземье - вики или гороха с овсом). Такие посевы значительно полнее используют ресурсы света и почвы, более урожайны и меньше засоряются сорняками, так как в них меньше свободных ниш для поселения сорных растений.

Повышение энергетической эффективности животноводства. Энергосбережение возможно и при разведении скота. На производство кормов затрачивается энергия, и потому предпочтение отдается тем видам сельскохозяйственных животных и тем их породам, которые на производство единицы продукции расходуют меньше корма. Породы коров, специализированные для производства мяса или молока, экономнее расходуют корма, чем мясомолочные.

Энергосбережение в сельском хозяйстве можно осуществлять, используя адаптивный подход. При этом ставится задача повысить КПД агроэкосистемы и на каждую единицу вводимой в нее антропогенной энергии фиксировать максимально возможное количество солнечной энергии (т.е. получить больше растениеводческой и животноводческой продукции).

Адаптивная система ведения сельского хозяйства (табл. 3) позволяет уменьшить затраты антропогенной энергии и активизировать жизнедеятельность всех полезных организмов, входящих в состав агроэкосистемы.

Таблица 3

Основные черты адаптивной системы ведения сельского хозяйства

Обработка почвы		Растениеводство		Животноводство
Использование рыхлителей вместо плугов		Селекция сортов на устойчивость		Селекция пород с высокой эффективностью откорма
Применение занятых паров		Размещение и районирование сортов с учетом их экологии		Использование полноценных кормовых рационов
Использование сидератов		Использование смешанных посевов		Полное использование на корм всех растительных остатков
Использование севооборотов		Использование промежуточных культур		Равномерное размещение небольших ферм на территории

Контрольные вопросы

1. Почему ставится задача повышения энергетической эффективности сельского хозяйства?

2. Как можно повысить энергетическую эффективность растениеводства?

3. Как можно повысить энергетическую эффективность животноводства?

4. В чем заключается адаптивный подход в сельском хозяйстве?

Справочный материал

В России чаще разводят мясомолочные породы коров, а в США - мясные и молочные (причем на одну молочную корову приходится четыре мясных). При этом удои в США составляют 5700 л в год, а суточный привес - около 1,5 кг. В России удои ниже в 2 раза, а привесы - в 3-4 раза. В итоге на производство мясомолочной продукции (1 кг мяса и 1 кг молока) мы затрачиваем примерно в 2 раза больше энергии, чем американцы.

В США существует специальная правительственная программа охраны почв. За каждый гектар эродированной почвы, который фермер засеял травой или засадил деревьями на 10 лет, ему ежегодно выплачивается 120 долларов. Таким образом в 1990 г. из пахотного фонда было изъято 20% земель. Это позволило на одну треть сократить интенсивность процессов эрозии.

Орошение - самый эффективный прием повышения плодородия почв в районах недостаточного увлажнения, однако он требует очень больших затрат энергии и экологически опасен. В начале века общая площадь поливных земель составляла 40 млн. га, к 1950 г. она достигла 94 млн. га, а в 1980 г. уже приблизилась к 250 млн. га. В последующие 10 лет прирост составил всего 8 млн. га, а с 1990 г. идет устойчивое сокращение. Истощение водных ресурсов для полива отмечается в странах-главных производителях зерна - США и Китае. В Саудовской Аравии в результате снижения плодородия почв поливом за последние 10 лет сбор зерна упал в 2,5 раза.

Меньше всего энергии на получение зерна затрачивают в Великобритании. Затраты энергии на производство 1 т зерна в США, ФРГ и в России выше соответственно в 2, 2,5 и 9 раз.

В фермерском хозяйстве используют лошадей, работа которых обходится в 2-3 раза, а содержание (корм, уход) в 10 раз дешевле, чем мини-трактора. Лошади также перевозят разные грузы и дают навоз, качество которого выше коровьего. Особенно ценится конский навоз в тепличном хозяйстве.

Оригинальный вариант энергосбережения для получения корма животным и продукта, который может употреблять в пищу человек, предложили японцы. На специальных водных плантациях они выращивают хлореллу -- одноклеточную водоросль, которая очень быстро размножается. Затраты энергии на выращивание хлореллы в 12 раз меньше, чем при производстве пшеницы. 1 га плантации-бассейна дает 25 ц биомассы в год, причем эта биомасса богата белками и углеводами.

(ДОП.) § 64. ЗЕЛЕНАЯ РЕВОЛЮЦИЯ

Зеленая революция произошла в 60-70-е годы нашего столетия, ее «отцом» был мексиканский селекционер Норман Борлауг. Он вывел сорт пшеницы «Мексикале», которая давала урожай в 3 раза выше, чем старые сорта. Вслед за Борлаугом и другие селекционеры начали выводить высокоурожайные сорта кукурузы, сои, хлопка, риса и прочих сельскохозяйственных культур.

Вместе с этими сортами-рекордсменами были введены новые интенсивные системы обработки почвы с оборотом пласта, высокие дозы удобрений, полив, самые разнообразные пестициды и монокультура, т.е. выращивание на одном поле одной и той же культуры в течение многих лет. Появились и высокопродуктивные животные, для поддержания здоровья которых нужны были не только обильные корма, но и витамины, антибиотики, а для быстрого наращивания массы -- стимуляторы роста. Первая зеленая революция была особенно успешной в странах тропического пояса, так как при круглогодичном выращивании растений доход от новых сортов был особенно велик.

Эта революция резко повысила урожаи сельскохозяйственных культур, но привела к ухудшению почв в результате разрушения гумуса и активизации эрозии. Увеличилось также загрязнение среды пестицидами и удобрениями. Качество продуктов сельского хозяйства ухудшилось. Для выращивания сортов-рекордсменов и животных-«монстров» требовались удобрения и пестициды, на производство которых затрачивалось слишком много энергии угля, нефти, газа. Резкое возрастание потребления исчерпаемых энергоресурсов и истощение ресурсов почвы особенно сильно проявились к началу 80-х годов.

С середины 80-х годов нашего столетия ученые заговорили о начале второй зеленой революции, в результате которой сельское хозяйство пойдет по пути снижения вложений антропогенной энергии. В ее основе - адаптивный подход, т.е. ориентация на более экологичные технологии возделывания сельскохозяйственных культур и разведения сельскохозяйственных животных. Селекционеры переключились с выведения сортов-«рекордсменов» на селекцию сортов-«тружеников», которые могут давать достаточно высокий (хотя и не рекордный) урожай при невысоких дозах удобрений и без полива, могут сами защитить себя от вредителей, болезней и сорняков. При этом, если во время первой зеленой революции селекционеры работали примерно с десятью видами культурных растений, то теперь их внимание обращено на несколько десятков видов. Ученые широко используют местные популяции («народные сорта») культурных растений. Растет доля севооборотов с восстанавливающими почву сидератами и смешанных посевов.

По мнению сторонников второй зеленой революции, перспектива земледелия - не в наращивании, а в сокращении площади пашни (в первую очередь на эродированных почвах) с заменой ее травянистыми (посевами трав, естественным путем восстановившимися лугами или степями) или лесными сообществами. В таких экосистемах (их называют лесоаграрными) останавливается эрозия почв и растет биологическое разнообразие, в составе которого много «врагов наших врагов», что позволяет снизить пестицидные нагрузки.

Особенности сельского хозяйства в видении сторонников первой и второй зеленых революций показаны в табл. 4.

Таблица 4

Сравнение сельского хозяйства после первой и второй зеленых революций

Признаки	Первая зеленая революция	Вторая зеленая революция
Вложения антропогенной энергии	Очень высокие	Умеренные
Общее биологическое разнообразие	Низкое	Высокое
Разнообразие выращиваемых культур	Низкое	Высокое
Севообороты	Не применяются	Применяются
Методы контроля вредителей, сорняков и болезней	Химические	Биологические
Доля пашни в агроэкосистеме	Высокая	Умеренная, лесоаграрные экосистемы
Основное направление селекции растений	На повышение продуктивного потенциала	На повышение адаптивного потенциала
Роль животноводства	Высокая; доля корма, получаемого с пашни, большая	Умеренная; доля корма, получаемого с пашни, небольшая

Процесс экологизации сельского хозяйства протекает очень медленно, так как рост народонаселения планеты продолжается, и потребность в продовольствии растет. Поэтому правильнее говорить не о второй зеленой революции, а об «экологической зеленой эволюции» в сельском хозяйстве.

Контрольные вопросы

1. Чем вызвана необходимость «второй зеленой революции»?

2. Как должно изменится растениеводство в результате «второй зеленой революции»?

3. Почему сторонники «второй зеленой революции» считают нужным сокращать площадь пашни?

Справочный материал

В последние 10 лет активно развиваются биотехнологические методы выведения новых сортов с использованием генной инженерии. Такие растения называются генетически модифицированными (ГМР). Генные инженеры за счет ГМР обещают накормить человечество. ГМР высокопродуктивны и устойчивы к неблагоприятным условиям, они обладают комплексом признаков, который был недостижим до развития биотехнологии. Например, удалось получить «золотистый рис», зерно которого содержит витамин В. Этого витамина хронически не хватало жителям тех стран, где рис является основным продуктом питания. Получен гибрид африканского и индийского риса, который в первую половину лета растет как «африканец» и не требует много воды, а во вторую - быстро формирует высокий урожай как водолюбивые индийские сорта. Получены десятки сортов разных видов растений, устойчивых к грибным, бактериальным и вирусным заболеваниям.

Перспектива использования ГМР является на сегодняшний день предметом жарких споров. Экологи (особенно в экономически благополучных странах со стабилизировавшейся численностью народонаселения: Западная Европа, США, Канада, Австралия) выступают против этих сортов, поскольку неизвестны последствия их использования для здоровья человека. Кроме того, есть риск гибридизации ГМР с видами естественной флоры, особенно с сорными растениями. Эти спонтанные гибриды могут быть очень агрессивными и потому экологически опасными.

Генетики-биотехнологи ратуют за повсеместное внедрение ГМР. ГМР как путь к повышению продуктивности культурных растений поддерживается общественностью в развивающихся странах (в Африке, Индии и др.), так как продовольственная ситуация в них неблагополучна.

По-видимому, с учетом того, что народонаселение планеты будет продолжать расти в ХХI веке, ГМР будут широко использоваться в странах «третьего мира». Однако необходим жесткий экологический контроль за последствиями их применения.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В агроэкосистемах, как и в естественных экосистемах, главным источником энергии является солнечный свет, а углерода - углекислый газ. Однако это антропогенные экосистемы, составом, структурой и функцией которых управляет человек. Он стоит на вершине экологической пирамиды и определяет по какой пищевой цепи направить большую часть энергии - по цепи «растение - человек» (производить растениеводческую продукцию), или по цепи «растение - скот - человек» (производить животноводческую продукцию). Человек определяет количество и качество первичной и вторичной биологической продукции: использует удобрения, полив, возделывает наиболее продуктивные культурные растения и разводит сельскохозяйственных животных, наиболее эффективно использующих корма. При этом он производит ту сельскохозяйственную продукцию, на которую есть спрос.

На управление агроэкосистемой, человек затрачивает много антропогенной энергии (на производство сельскохозяйственной техники, обработку почвы, производство и внесение удобрений, обогрев животноводческих помещений, перевозку кормов и навоза и т.д.). Однако доля антропогенной энергии в энергетическом бюджете любой агроэкосистемы мала, его основу составляют неисчерпаемые щедроты энергии солнца.

История сельского хозяйства знает немало примеров истощительных вариантов управления агроэкосистемами, которые вели к разрушение агроресурсов - почв и биологического разнообразия, загрязнению окружающей среды и производимой сельскохозяйственной продукции.

Агроэкология разрабатывает методы управления агроэкосистемами, которые позволяют сохранять агроресурсы и при этом получать достаточно много сельскохозяйственной продукции высокого качества. Для решения этой задачи в агроэкосистемах частично сохраняется экологическое равновесие за счет «зеленого каркаса» - части лесов (а если их мало или совсем нет, то лес сажают), лугов и степей, болот; вместо плуга используются рыхлители; минеральными и органическими удобрениями компенсируется вынос из почвы элементов питания и разрушение гумуса; в севообороты включаются культуры, восстанавливающие почву (многолетние травы, бобовые и сидераты); используются поликультуры и сортосмеси. Для защиты растений от вредителей, болезней и сорняков используются биологические методы и агротехника, хотя в некоторых случаях применяются гербициды. Чтобы травостой пастбищ не разрушался руководствуются нормативом пастбищной нагрузки. Для снижения затрат антропогенной энергии используется адаптивный подход: на каждую единицу затраченной энергии добиваются наибольшей отдачи биологической продукции.

...