Агроэкосистемы и их компоненты. Пути повышения устойчивости отечественного сельского хозяйства к неблагоприятным условиям внешней среды Способы увеличения продуктивности агроэкосистем
Соглашение об использовании материалов сайта
Просим использовать работы, опубликованные на сайте , исключительно в личных целях. Публикация материалов на других сайтах запрещена.
Данная работа (и все другие) доступна для скачивания совершенно бесплатно. Мысленно можете поблагодарить ее автора и коллектив сайта.
Отправить свою хорошую работу в базу знаний просто. Используйте форму, расположенную ниже
Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.
Подобные документы
Понятие агроэкосистемы, оптимизация структуры агроэкосистем, источники химического загрязнения агроэкосистем, экологический дисбаланс функциональных связей в агроэкосистемах. Оценка состояния агроэкосистем России в отношении загрязняющих веществ.
курсовая работа , добавлен 13.11.2003
Сходства и различия природных экосистем и агроэкосистем. Структура агробиоценоза и культурные растения как главный компонент в агрофитоценозе. Опасность потери биоразнообразия на уровне биосферы и необходимость интегрированного подхода к агроэкосистеме.
дипломная работа , добавлен 01.09.2010
Проведение экологического мониторинга агроэкосистем Гатчинского района Ленинградской области. Оценка направленности и интенсивности процессов деградации почв и разработка мероприятий для снижения антропогенного воздействия на агроэкосистемы района.
курсовая работа , добавлен 29.12.2014
Сравнение природной и антропогенной экосистем по Миллеру. Главная цель агроэкосистем, их основные отличия от природных. Понятие и процессы урбанизации. Функциональные зоны урбанистической системы. Среда урбосистем и проблемы утилизации природных ресурсов.
реферат , добавлен 25.01.2010
Понятие, структура и виды экосистем. Поддержание жизнедеятельности организмов и круговорот вещества в экосистемах. Особенности циркуляции солнечной энергии. Биосфера как глобальная экосистема; взаимодействие живого и неживого, биогенная миграция атомов.
курсовая работа , добавлен 10.07.2015
Влажность и адаптация к ней организмов. Типы взаимоотношений организмов в биоценозах. Передача энергии в экосистемах. Пищевая специализация и энергетический баланс консументов. Антропогенное воздействие на литосферу. Процессы водной и ветровой эрозии.
реферат , добавлен 21.02.2012
Кругооборот химических веществ из неорганической среды. Сущность большого (геологического) круговорота. Описание циркуляции веществ в биосфере на примере углерода, азота, кислорода, фосфора и воды. Антропогенные воздействия на окружающую природную среду.
Кризис аграрной цивилизации и генетически модифицированные организмы Глазко Валерий Иванович
Традиционные экстенсивные пути увеличения продуктивности агроэкосистем
Основная нравственная проблема эволюции человека - голод
Одна из основных тенденций развития человеческого общества - непрерывное повышение уровня производства, в конечном счете - производительности труда. Это позволяло человеку в течение всей его истории постепенно увеличивать «емкость среды обитания». Однако если в этом проявляется вся мощь человеческого разума, то в заполнении увеличивающейся емкости среды Homo sapiens ведет себя как любой другой биологический вид. Эту емкость вид заполняет до уровня, на котором регуляторами снова оказываются биологические факторы. Так, по оценкам ООН на 1985 год, смерть от голода угрожала почти 500 млн. человек, или примерно 10% населения мира; в 1995 году периодически или постоянно от голода страдали около 25% людей. Голод является основным эволюционным фактором человечества.
Большой вклад в понимание опасности голода внесла работа международной неправительственной организации, так называемого «Римского клуба», созданного в 60-е годы XX века по инициативе Аурелио Печчеи. В Римском клубе был разработан ряд последовательно уточнявшихся моделей, исследование которых позволило рассмотреть некоторые сценарии возможного развития будущего Земли и судьбы человечества на ней. Результаты этих работ встревожили весь мир. Стало ясно, что путь развития цивилизации, ориентированный на постоянное увеличение производства и потребления, ведет в тупик, поскольку не согласуется с ограниченностью ресурсов на планете и возможностями биосферы перерабатывать и обезвреживать отходы промышленности. Эта угроза биосфере Земли вследствие нарушения устойчивости экосистем получила название экологического кризиса. С тех пор и в научной литературе, и в широкой печати, в средствах массовой информации постоянно обсуждаются различные проблемы, связанные с угрозой всепланетного, глобального экологического кризиса.
Хотя после выхода работ Римского клуба многие оптимисты выступали с «опровержениями» и «разоблачениями», не говоря уж о научной критике предсказаний первых глобальных моделей (и в самом деле не вполне совершенных, как и любая модель сложной системы), уже через 20 лет можно было констатировать, что реальный уровень численности населения Земли, отставания производства продовольствия от роста потребности в нем, уровень загрязнения природной среды, рост заболеваемости и многие другие показатели оказались близки к тому, что прогнозировалось этими моделями. А поскольку именно экология оказалась наукой, имеющей методологию и опыт анализа сложных природных систем, включая влияние антропогенных факторов, прогнозировавшийся глобальными моделями кризис стали называть «экологическим».
Хотя площадь суши вдвое меньше, чем площадь, занимаемая океанами, годовая первичная продукция углерода ее экосистемами более чем вдвое превышает таковую Мирового океана (52,8 млрд. тонн и 24,8 млрд. тонн соответственно). По относительной продуктивности наземные экосистемы в 7 раз превышают продуктивность экосистем океана. Из этого, в частности, следует, что надежды на то, что полное освоение биологических ресурсов океана позволит человечеству решить продовольственную проблему, не очень обоснованы. По-видимому, возможности в этой области невелики - уже сейчас уровень эксплуатации многих популяций рыб, китообразных, ластоногих близок к критическому, для многих промысловых беспозвоночных - моллюсков, ракообразных и других, в связи со значительным падением их численности в природных популяциях, стало экономически выгодным разведение их на специализированных морских фермах, развитие марикультуры. Примерно таково же и положение со съедобными водорослями, такими как ламинария (морская капуста) и фукус, а также водорослями, используемыми в промышленности для получения агар-агара и многих других ценнейших веществ (Розанов, 2001).
Развивающиеся страны и страны с переходной экономикой стремятся в первую очередь к продовольственной независимости. Они хотят производить пищу сами, а не зависеть от других стран, ибо продовольствие - это, пожалуй, самое грозное до сих пор политическое оружие и оружие давления в современном мире (пример - Россия, которая ввозит до 40 процентов продовольствия). Чтобы удвоить производство продовольствия и снять зависимость, необходимы новые технологии, знания о генах, определяющих урожайность и другие важные потребительские свойства основных сельскохозяйственных культур. Предстоит также серьезно потрудиться над адаптацией этих культур к конкретным экологическим условиям этих стран. Иными словами, приходится надеяться на трансгенные, или генно-модифицированные организмы (ГМО), выращивание которых значительно дешевле, меньше загрязняет окружающую среду и не требует привлечения новых территорий.
Мир как был несовершенен, так и остался. Первая Всемирная продовольственная конференция состоялась более 30 лет назад, в 1974 г. На ней было подсчитано, что в мире существовало 840 млн жертв хронического недоедания. Вопреки сопротивлению многих, она впервые провозгласила «неотъемлемое право человека на свободу от голода».
Итоги реализации этого права были подведены на Всемирном продовольственном форуме в Риме 22 года спустя. Он зафиксировал крах надежд мирового сообщества на обуздание голода, так как положение на фронте борьбы с этим социальным злом осталось без перемен. В связи с этим римская встреча наметила более скромные цели - снизить количество голодающих к 2015 г хотя бы до 400 млн человек.
С тех пор эта проблема еще больше обострилась. Как отмечалось в докладе генсека ООН Кофи А.Анана «Предотвращение войн и бедствий», сегодня прожиточный уровень свыше 1,5 млрд чел. - менее доллара в день, 830 млн страдают от голода. За период 1960-2000 гг. производство всех видов сельскохозяйственной продукции увеличилось с 3,8 млрд. до 7,4 млрд. т. Однако количество продовольствия, произведенного в среднем на 1 человека, осталось неизменным (1,23 т/чел). В настоящее время в мире недоедает почти половина населения, а четвертая часть голодает. В странах Западной Европы, Северной Америки и в Японии, где наибольшее распространение получила преимущественно химико-техногенная интенсификация сельского хозяйства и проживает менее 20% населения земного шара, в пересчете на каждого человека расходуется в 50 раз больше ресурсов по сравнению с развивающимися странами и выбрасывается в окружающую среду около 80% всех вредных промышленных отходов (доклад комиссии ВОЗ), что ставит на грань экологической катастрофы все человечество.
Сельское хозяйство - уникальный вид человеческой деятельности, который можно одновременно рассматривать как искусство и науку. И всегда главной целью этой деятельности оставался рост производства продукции, которое ныне достигло 5 млрд т в год. Чтобы накормить растущее население Земли, к 2025 г. этот показатель предстоит увеличить по меньшей мере на 50%. Но такого результата производители сельскохозяйственной продукции смогут достичь только в том случае, если в любой точке мира получат доступ к самым передовым методам выращивания самых высокоурожайных сортов культурных растений. Для этого им необходимо также овладеть всеми последними достижениями сельскохозяйственной биотехнологии, в частности, получения и выращивания генетически модифицированных организмов.
Из книги Пранаяма. Сознательный способ дыхания. автора Гупта Ранджит Сен1.4. Дыхательные пути Гайморовы пазухи, глотка, гортань, внеторакальные (расположенные выше грудной клетки) участки трахеи и так далее, передающие поток воздуха из окружающей среды вниз к альвеолам через дыхательные ворота организма, а также нос и рот, определяются как
Из книги Жизнь лесных дебрей автора Сергеев Борис Федорович Из книги Новая наука о жизни автора Шелдрейк Руперт7.3. Измененные пути морфогенеза В то время как факторы, влияющие на морфогенетические зародыши, производят в морфогенезе качественные эффекты, такие как отсутствие какой-либо структуры или замена одной структуры на другую, многие генетические факторы или воздействия
Из книги Пути, которые мы избираем автора Поповский Александр Данилович Из книги Думают ли животные? автора Фишель ВернерВыученные обходные пути В природе животное не всегда может достичь своей цели прямым путем, будь то поиски пищи или бегство. Иногда путь ему преграждают непроходимые заросли, в другом случае - водоем или отвесная стена скалы. Обходя эти препятствия, животное приобретает
Из книги Странности эволюции 2 [Ошибки и неудачи в природе] автора Циттлау ЙоргПингвин на голодном пути Под водой пингвин настоящий ас. Его веретенообразное тело так глубоко скрывается в приливах, что над водой приподнимаются только голова, шея и часть спины. Его кости - в отличие от костей его летающих собратьев - содержат совсем немного воздуха,
Из книги Мир лесных дебрей автора Сергеев Борис ФедоровичПУТИ СНАБЖЕНИЯ У берегов восточного Крыма, там, где горбится величественный горный массив Карадаг, прямо из голубых вод Черного моря поднимается грандиозная скала Золотые ворота, похожая на огромную арку, увенчанную шпилем. Старожилы окрестных городов и поселков,
Из книги Неандертальцы [История несостоявшегося человечества] автора Вишняцкий Леонид Борисович Из книги Рассказы о биоэнергетике автора Скулачев Владимир ПетровичГлава 4. Два пути Факт или артефакт? Профессор С. Северин, узнав, что вслед за Шарфшвертом я освоил заокеанскую методику, попросил применить ее к другому объекту: вместо печени крысы надо было взять грудную мышцу голубя. План моего руководителя состоял в том, чтобы
Из книги Мир животных. Том 6 [Рассказы о домашних животных] автора Акимушкин Игорь ИвановичНачало пути Однажды, просматривая в библиотеке биофака новые журналы, я наткнулся на короткую статью в «Нэйчер» под названием «Сопряжение окисления и фосфорилирования механизмом хемиосмотического типа». Автор П. Митчел - новое имя в биоэнергетике. И термин
Из книги Сыроедение против предрассудков. Эволюция в питании человека автора Демчуков АртёмНа пути к доместикации «Доместикация» значит «одомашнивание». Есть виды животных, прирученные человеком, которые близки к тому, чтобы стать домашними. И один из наиболее вероятных кандидатов - африканская антилопа канна. Собственно говоря, в Древнем Египте она уже была
Из книги Энергия жизни [От искры до фотосинтеза] автора Азимов АйзекНачало пути… Не секрет, что в нашем обществе традиционно утвердилось мнение о том, что употребление мяса естественно для человека. В связи с этим «рядовому» представителю этого общества практически не оставляется шансов узнать о последствиях связанных с его
Из книги Хозяева Земли автора Уилсон ЭдвардГлава 24. ГДЕ СХОДЯТСЯ ВСЕ ПУТИ Последние четыре главы были посвящены, тем или иным образом, процессам, связанным с катаболизмом глюкозы - сначала до молочной кислоты путем анаэробного гликолиза, потом - до углекислоты и воды путем цикла Кребса. Однако нельзя сказать,
Из книги Виролюция. Важнейшая книга об эволюции после «Эгоистичного гена» Ричарда Докинза автора Райан Фрэнк2. Два пути завоевания Люди создают культуры, используя податливые языки. Мы изобретаем понятные нам символы и за счет них выстраиваем коммуникационные сети, на много порядков более обширные, чем у животных. Мы завоевали биосферу и опустошили ее так, как никакой другой вид
Из книги Тайны пола [Мужчина и женщина в зеркале эволюции] автора Бутовская Марина Львовна15. В конце пути Воистину, чем больше я смотрю на творения природы, тем более готов увидеть в ней самое невероятное. Плиний Во введении к этой книге я пригласил вас, читатель, отправиться со мною в необычное путешествие. Надеюсь, теперь вы увидели своими глазами, насколько
Из книги автораТрадиционные и современные взгляды на развитие общества (а был ли матриархат?) Долгое время в отечественной истории первобытности преобладала точка зрения о единообразных путях социальной эволюции в разных районах мира. В рамках этих представлений считалось, что в
Выражение «зеленая революция» употребил впервые в 1968 г. Директор Агентства США по международному развитию В.Гауд, пытаясь охарактеризовать прорыв, достигнутый в производстве продовольствия на планете за счет широкого распространения новых высокопродуктивных и низкорослых сортов пшеницы и риса в странах Азии, страдавших от нехватки продовольствия. Она ознаменовала собой начало новой эры развития сельского хозяйства на планете, эры, в которую сельскохозяйственная наука смогла предложить ряд усовершенствованных технологий в соответствии со специфическими условиями, характерными для фермерских хозяйств в развивающихся странах. Это потребовало внесения больших доз минеральных удобрений и мелиорантов, использования полного набора пестицидов и средств механизации, в результате произошел экспоненциональный рост затрат исчерпаемых ресурсов на каждую дополнительную единицу урожая, в том числе пищевую калорию.
Идеолог Зеленой революции Норманн Борлауг, получивший за её результаты в 1970 г. Нобелевскую премию, предупреждал, что повышение урожайности традиционными методами может обеспечить продовольствием 6-7 млрд. человек. Демографический рост требует новых технологий в создании высокопродуктивных сортов растений, пород животных и штаммов микроорганизмов, которые позволят прокормить население численностью более 10 млрд. человек.
Работа, начатая Н.И. Вавиловым и Н.Борлаугом и его коллегами в Мексике в 1944 г., продемонстрировала исключительно высокую эффективность целенаправленной селекции по созданию высокоурожайных сортов сельскохозяйственных растений. Уже к концу 60-х годов широкое распространение новых сортов пшеницы и риса позволило многим странам мира (Мексике, Индии, Пакистану, Турции, Бангладеш, Филиппинам и др.) в 2-3 и более раз увеличить урожайность этих важнейших культур. Однако вскоре обнаружились и негативные стороны «зеленой революции». Вероятно, в связи с тем, что она была, в основном технологической, а не биологической.
Успехи селекции велики, её вклад в повышение урожайности важнейших сельскохозяйственных культур за последние 30 лет оценивается в 40-80%. В повышение эффективности сельского хозяйства важную роль играет гибридизация. Так, при перекрестном опылении кукурузы образуются более сильные и урожайные гибриды. В компании «Plant Genetic System» в Генте такие гибриды получены не только для кукурузы, но и для рапса. Китай полностью обеспечил свою продовольственную безопасность. Именно в Китае достигнуты большие успехи в селекции риса. Это, прежде всего, высокоурожайные гибриды Золотой водопад и др.) на основе традиционных местных сортов, дающие 12-18 т/га вместо обычных 2,5-3. Сейчас их выращивают на огромных площадях в Китае, Вьетнаме и других странах Юго-Восточной Азии.
Сложность путей создания сортов становится наглядной, если, например, учесть перечень требований к новому сорту пшеницы по классическому подсчету Н.И.Вавилова. В число признаков, которым должен соответствовать новый сорт входит 46 пунктов: высокий вес 1000 семян; крупный, при созревании не осыпающийся колос; не прорастающее на корню и в снопах зерно; прочная, неполегающая соломина; оптимальное соотношение массы зерна и соломины; иммунитет к вредителям, болезням; устойчивость к засухам; пригодность к механизированной уборке и т.д. Ныне количество требований выросло еще больше. Чем больше признаков селекционер стремится объединить в одном сорте или гибриде, тем ниже темпы искусственного отбора, тем больше времени требуется для создания нового сорта. Наличие отрицательных генетических и биоэнергетических по своей природе корреляций между признаками существенно снижает темпы создания новых сортов.
Повышение эффективности селекционного процесса предполагает контроль целого комплекса популяционно- генетических характеристик и, прежде всего, таких как засоление почв, вызванное плохо спроектированными ирригационными системами, а также загрязнение почв и водоемов, обусловленное в значительной мере избыточным использованием удобрений и химических средств защиты.
Перспективы решения проблемы голода с использованием традиционных подходов селекции не внушают надежд. К 2015 г. около 2 млрд человек будут жить в бедности. Растениеводы давно пытались решить эту проблему, издавна занимаясь выведением новых, высокопродуктивных сортов, традиционными путями при помощи скрещивания и отбора, т.е. естественными путями, главные недостатки которых – ненадежность и малая вероятность получения селекционером то, что он запланировал. Кроме того, часто жизни не хватает для создания нового сорта, т.е. слишком большие временные затраты.
Обычно для получения новых сортов и пород животных используют скрещивание и методы радиационного и химического мутагенеза. Среди проблем, ограничивающих возможности традиционной селекции, можно выделить следующие: приобретение одного желательного гена сопровождается часто потерей другого; некоторые гены остаются связанными друг с другом, что значительно затрудняет отделение положительных в
Главные достоинства методов генетической инженерии заключается в том, что они позволяют передавать один или несколько генов от одного организма другому без сложных скрещиваний, причем донор и реципиент не обязательно должны быть близко родственными. Это резко увеличивает разнообразие изменяемых свойств, ускоряет процесс получения организмов с заданными свойствами. Вооруженная генно- инженерными методами селекция не может одномоментно решить все проблемы, однако она гарантирует хотя и скромные, но прочные, непрерывные и эффективные успехи в сельском хозяйстве.
Замена генетически разнообразных местных сортов новыми высокоурожайными сортами и гибридами значительно усилила уязвимость агроценозов, то было неизбежным результатом обеднения видового состава и генетического разнообразия агроэкосистем. Массовому распространению вредных видов, как правило, способствовали и высокие дозы удобрений, орошение, загущение посевов, переход к монокультуре, минимальным и нулевым системам обработки почвы и т.д.
Современные сорта позволяют повысить среднюю урожайность за счет более эффективных способов выращивания растений и ухода за ними, за счет их большей устойчивости к насекомым- вредителям и основным болезням. Однако, они лишь тогда позволяют получить заметно больший урожай, когда им обеспечен надлежащий уход, строгое выполнение агротехнических приемов в соответствии с календарем и стадией развития растений (внесение удобрений, полив, контроль влажности почвы и борьба с насекомыми- вредителями). Усиливается зависимость продуктивности агроэкосистем от техногенных факторов, ускоряются процессы и возрастают масштабы загрязнения и разрушения окружающей среды. При внедрении новых сортов необходимы дополнительные меры по борьбе с сорняками, вредителями и болезнями.
Интенсивная технология приводит к деградации почв; ирригация, которая не учитывает особенности почвы, вызывает их эрозию; накопление пестицидов разрушает баланс и системы регуляций между видами – уничтожая полезные виды наряду с вредными, иногда стимулируя безудержное размножение вредного вида, который получил устойчивость к пестицидам; токсичные вещества, содержащиеся в пестицидах, переходят в продукты питания и ухудшают здоровье потребителей и т.д.
Многие специалисты считают, что в ХХ1 в. Предстоит вторая «зеленая революция», ДНК технологическая. Без этого не удастся обеспечить человеческое существование всем, кто приходит в этот мир.. Потребуются немалые усилия как традиционной селекции, так и современной сельскохозяйственной ДНК- технологии, для того, чтобы добиться генетического совершенствования продовольственных растений в темпе, который позволил бы к 2025 г. удовлетворить потребности 8,3 млрд. человек.
Биологические методы поддержания плодородия почв – органические удобрения, смена и оптимальное сочетание культур, переход от химической защиты растений к биологической, строго соответствующие местным особенностям почв и климата, способы обработки почв (например, безотвальная пахота) – необходимые условия сохранения и повышения плодородия почв и стабилизации производства продовольствия достаточно высокого качества и безопасного для здоровья людей.
Биотехнологии в растениеводстве. Все биотехнологические этапы производственных процессов peaлизуются с помощью живых организмов. В основе большинства классических методов биотехнологии используются ферментативные процессы и в большинстве случаев объектами исследований являются микроорганизмы. Однако, бесспорное значение имеют и другие живые организмы-растения и животные, улучшение которых осуществляется с применение традиционных методов генетики, селекции, физиологии, биохимии и др. Универсальный характер современной биотехнологии проявляется широком использовании методов клеточной и генной инженерии.
Человечество с надеждой ожидает создание таких клеточных кулытур, с помощью которых можно будет производить ценные лекарственные препараты, устранить ряд наследственных, раковых и других заболеваний способствовать очистке и улучшению экологического состояния окружающей среды. Особенно перспективным представляется возможность получения новых высокопродуктивных форм растений с улучшенными показателями качества продукции. Темпы развития биотехнологии в настоящее время можно сравнить с впечатляющим прогрессом компьютерной техники более 20 лет назад, а толчком к этому послужило рождение генетической и клеточной инженерии.
Улучшение культивируемых сортов и повышение их продуктивности. Исследовательская работа по селекции новых высокоурожайных сортов хлебных злаков, в первую очередь пшеницы, была начата после второй мировой войны. Новые сорта пшеницы были выведены в Мексике, риса -на Филиппинах. Выражение "зеленая революция" появилось в середа 60-х гг. после введения в культуру этих сортов и выдвигало целый компмлекс мер, направленных на увеличение сельскохозяйственного производительности. Достигнутые результаты по селекции новых высокоурожайных сорта можно записать в актив традиционных исследований по генетике и ycoвешенствованию растений. Использованная для их получения технолгия заключалась в переносе методом скрещивания целых "созвездий" хромосомных детерминант.
Чаще всего благоприятны) являются не все признаки особи. Например, у хлебных злаков, растет прямостоящими листьями (признак, выгодный при густом посеве) могут иметь более мелкие колосья, следовательно, они будут давать и меньше зерен. Чтобы добиться успеха в отборе линий, имеющих агрономически ценные признаки, селекционеру необходимо обладать терпением высоким мастерством.
Вторая зеленая революция, о которой начали говорить с середин 70-х годов, хотя она не произошла и до сих пор, станет результатом исследований, направленных на селекцию и культивирование новых растет: устойчивых к болезням, вредителям и засухе, и которые можно будет вырашивать без применения удобрений и пестицидов.
Умелое сочетание методов культивирования in vitro с классически методами селекции значительно ускорит селекционный процесс.
Ранее нами было рассмотрено (глава 4.1), что каждую минуту на 1 см 2 верхнего слоя земной атмосферы поступает 2 калории солнечной энергии - так называемая солнечная постоянная, или константа. Использование растениями световой энергии относительно невелико. Только небольшая часть солнечного спектра, так называемая ФАР (фотосинтетически активная радиация с длиной волны 380-710 нм, 21-46% солнечной радиации) используется в процессе фотосинтеза. В зоне умеренного климата на сельскохозяйственных землях КПД фотосинтеза не превышает 1,5-2%, а чаще всего он равен 0,5%.
В развивающемся мировом сельском хозяйстве различаются по количеству поступающей и используемой человеком энергии и ее источнику несколько типов экосистем (М.С. Соколов и др 1994).
1. Естественные экосистемы. Единственным источником энергии является солнечная (океан, горные леса). Эти экосистемы представляют собой основную опору жизни на Земле (приток энергии в среднем 0,2 ккал/см 2 год).
2. Высокопродуктивные естественные экосистемы. Кроме солнечной, используются другие естественные источники энергии (каменный уголь, торф и т. д.). К ним относятся лиманы, дельты крупных рек, влажные тропические леса и другие естественные экосистемы, обладающие высокой продуктивностью. Здесь в избытке синтезируется органическое вещество, которое используется или накапливается (приток энергии в среднем 2 ккал/см 2 год).
3. Агроэкосистемы, близкие к естественным экосистемам. Наряду с солнечной энергией используются дополнительные источники, создаваемые человеком. Сюда относятся системы сельского и водного хозяйства, которые производят продовольствие и сырье. Дополнительные источники энергии - ископаемое топливо, энергия обмена веществ людей и животных (приток энергии в среднем 2 ккал/см 2 год).
4. Агроэкосистемы интенсивного типа. Связаны с потреблением больших количеств нефтепродуктов и агрохимикатов. Они более продуктивны в сравнении с предыдущими экосистемами, отличаясь высокой энергоемкостью (приток энергии в среднем 20 ккал/см 2 год).
5. Промышленные (городские) экосистемы. Получают готовую энергию (газ, уголь, электричество). К ним относятся города, пригородные и промышленные зоны. Они являются как генераторами улучшения жизни, так и источниками загрязнения среды (поскольку прямая солнечная энергия не используется):
Эти системы биологически связаны с предыдущими. Промышленные экосистемы очень энергоемкости (приток энергии в сред-" нем 200 ккал/см 2 год).
Основные отличительные особенности функционирования природных экосистем и агроэкосистем.
1. Разное направление отбора. Для природных экосистем xaрактерен естественный отбор, который ведет к фундаментальному их свойству - устойчивости, отметая неустойчивые, нежизнеспособные формы организмов их сообществ.
Агроэкосистемы создаются и поддерживаются человеком. Главным здесь является искусственный отбор, который направлен на повышение урожайности сельскохозяйственных культур. Нередко урожайность сорта не связана с его устойчивостью к факторам окружающей среды, вредными организмами.
2. Разнообразие экологического состава фитоценоза обеспечивает устойчивость продукционного состава в естественной экосистеме при колебании в различные годы погодных условий. Угнетение одних видов растений приводит к повышению продуктивности других. В результате фитоценоз и экосистема в целом сохраняет способность к созданию определенного уровня продукции в разные годы.
Агроценоз полевых культур - сообщество монодоминантное, а нередко и односортовое. На всех растениях агроценоза действие неблагоприятных факторов отражается одинаково. Не может быть компенсировано угнетение роста и развития основной культуры усиленным ростом других видов растений. И как результат, устойчивость продуктивности агроценоза ниже, чем в естественных экосистемах.
3. Наличие разнообразия видового состава растений с различными фенологическими ритмами дает возможность фитоценозу как целостной системе осуществлять непрерывно в течение всего вегетационного периода продукционный процесс, полно и экономно расходуя ресурсы тепла, влаги и питательных элементов.
Период вегетации культивируемых растений в агроценозах короче вегетационного сезона. В отличие от естественных фитоценозов, где виды различного биологического ритма достигают максимальной биомассы в разное время вегетационного сезона, в агроценозе рост растений одновременен и последовательность стадий развития, как правило, синхронизирована. Отсюда, время взаимодействия фитоком-понента с другими компонентами (например, почвой) в агроценозе намного короче, что, естественно, сказывается на интенсивности обменных процессов в целой системе.
Разновременность развития растений в естественной (природной) экосистеме и одновременность их развития в агроценозе приводят к различному ритму продукционного процесса. Ритм продукционного процесса, например, в естественных лугопастбищных экосистемах, задает ритм деструкционным процессам или определяет скорость минерализации растительных остатков и время ее максимальной и минимальной интенсивности. Ритм дест-рукционных процессов в агроценозах в значительно меньшей степени зависит от ритма продукционного процесса, ввиду того что наземные растительные остатки поступают на почву и в почву на короткий промежуток времени, как правило, в конце лета и в начале осени, а их минерализация осуществляется главным образом на следующий год.
4. Существенным различием естественных экосистем и агроэкосистем является степень скомпенсированности круговорота веществ внутри экосистемы. Круговороты веществ (химических элементов) в естественных экосистемах осуществляются по замкнутым циклам или близки к скомпенсированности: приход вещества в цикл за определенный период в среднем равен выходу вещества из цикла, а отсюда внутри цикла приход вещества в каждый блок приблизительно равен вькоду вещества из него (рис. 18.5).
Рис. 18.5. Круговорот питательных веществ в
естественной экосистеме (по А. Тарабрину, 1981)
Антропогенные воздействия нарушают замкнутость круговорота веществ в экосистемах (рис. 18.6).
Рис. 18.6. Круговорот питательных веществ в
агроэкосистеме (по А. Тарабрину, 1981)
Часть вещества в агроценозах безвозвратно изымается из экосистемы. При высоких нормах внесения удобрений для отдельных элементов может наблюдаться явление, когда величина входа элементов питания в растения из почвы оказывается меньше величины поступления элементов питания в почву из разлагающихся растительных остатков и удобрений. С хозяйственно полезной продукцией в агроценозах отчуждается 50-60% органического вещества от его количества, аккумулированного в продукции.
5. Природные экосистемы являются системами, если можно так выразиться, авторегуляторными, а агроценозы - управляемые человеком. Для достижения своей цели человек в агроценозе изменяет или контролирует в значительной мере влияние природных факторов, дает преимущества в росте и развитии, главным образом компонентам, которые продуцируют пищу. Основная задача в связи с этим - найти условия повышения урожайности при минимализации энергетических и вещественных затрат, повышении почвенного плодородия. Решение данной задачи состоит в наиболее полном использовании агрофитоценозами природных ресурсов и создании скомпенсированных циклов химических элементов в агроценозах. Полнота использования ресурсов определяется генетическими особенностями сорта, продолжительностью вегетации, неоднородностью компонентов в совместных посевах, ярусностью посева и т. д.
Следовательно, делает вывод М.С. Соколов и др. (1994), самый строгий контроль состояния агроэкосистем, который требует значительных затрат энергии, можно осуществить только в закрытом пространстве. К данной категории относят полуоткрытые системы с весьма ограниченными каналами сообщения с внешней средой (теплицы, животноводческие коплексы), где регулируются и в значительной степени контролируются температура, радиация, круговорот минеральных и органических веществ. Это - управляемые агроэкосис-темы. Все другие агроэкосистемы - открытые. Со стороны человека эффективность контроля тем выше, чем они проще.
В полуоткрытые и открытых системах усилия человека сводятся к обеспечению оптимальных условий роста организмов и строгому биологическому контролю за их составом. Исходя из этого возникают следующие практические задачи:
Во-первых, по возможности полное устранение нежелательных видов;
Во-вторых, отбор генотипов, обладающих высокой потенциальной продуктивностью.
В целом круговорот веществ связывает различные виды, населяющие а^оэкосистемы (рис. 18.7).
Рис. 18.7. Поток энергии в пастбищной агроэкосистеме
(по Н.А. Уразаеву и др., 1996) :
Примечание: белыми стрелками показана миграция веществ от продуцентов к первичным и вторичным консументам, черными - минерализация органических остатков растений и животных
В биосфере многие циркулирующие вещества биогенного происхождения одновременно являются и носителями энергии. Растения в процессе фотосинтеза превращают лучистую энергию Солнца в энергию химических связей органических веществ и накапливают ее в форме углеводов - потенциальных энергоносителей. Данная энергия включается в круговорот питания от растений через фитофаги к консументам более высоких порядков. Количество связанной энергии по мере движения по трофической цепи постоянно уменьшается, так как значительная ее часть расходуется для поддержания жизненных функций консументов. Благодаря круговороту энергии в экосистеме поддерживается разнообразие форм жизни, а система сохраняет устойчивость.
По М.С. Соколову и др. (1994) расход фотосинтетической энергии растений в агроэкосистеме на примере лугопастбищных угодий средней полосы России выглядит следующим образом:
Около 1/6 части используемой растениями энергии расходуется на дыхание;
Около 1/4 части энергии поступает в организм растительнояд-ных животных. При этом 50% ее оказывается в экскрементах и трупах животных;
В целом вместе с отмершими растениями и фитофагами около 3/4 первоначально поглощенной энергии содержится в мертвом органическом веществе и немногим более 1/4 исключается из экосистемы при дыхании в форме тепла.
Еще раз отметим, что поток энергии в пищевой цепи агроэко-системы подчиняется закону превращения энергии в экосистемах, так называемому закону Линдемана, или закону 10%. По закону Линдемана, только часть энергии, поступившей на определенный трофический уровень агроценоза (биоценоза), передается организмам, находящимся на более высоких трофических уровнях (рис. 18.8).
Рис. 18.8. Потери энергии в пищевой цепи (по Т. Миллеру, 1994)
Передача энергии с одного уровня на другой происходит с очень малым КПД. Этим объясняется ограниченное количество звеньев в пищевой цепи независимо от того или иного агроценоза.
Количество энергии, продуцируемое в конкретной природной экосистеме, является довольно стабильной величиной. Благодаря способности экосистемы производить биомассу, человек получает необходимые ему пищевые и многие технические ресурсы. Как уже было отмечено, проблема обеспечения численно растущего человечества пищей - это главным образом проблема повышения продуктивности агроэкосистем (сельского хозяйства), рис. 18.9.
Рис.18.9. Блок-схема продуктивности агроэкосистем
Воздействие человека на экологические системы, связанное с их разрушением или загрязнением, непосредственно ведет к прерыванию потока энергии и вещества, а значит, и к снижению продуктивности. Поэтому первая задача, стоящая перед человечеством, - предотвращение снижения продуктивности агроэкосистем, а после ее решения может быть решена и вторая важнейшая задача - повышение продуктивности.
В 90-х гг. XX в. годовая первичная продуктивность обрабатываемых земель на планете составляла 8,7 млрд т, а запас энергии - 14,7× 1017 кДж.
Что нужно сельскому хозяйству?
Цель современного сельского хозяйства - получение высоких и устойчивых урожаев возделываемых культур, и чтобы доля урожая, которая остается и накапливается в ландшафте, была как можно меньше, чем та, которая используется человеком. Что же касается стратегии природы, то она направлена, как видно по результату сукцессионного процесса, в сторону обратной эффективности.
Человек старается получить как можно больше продукции с ландшафта, развивая и поддерживая экосистемы ранних стадий сукцессий, обычно монокультуры. Хотя продуктивность биомассы монокультур высока, но сама агроэкосистема очень уязвима. Незрелые сообщества на ранних стадиях экологической сукцессии имеют лишь несколько видов и довольно простые схемы питания, состоящие большей частью из продуцентов, и довольно малочисленных редуцентов. Растения в этих сообществах обычно низкорослые однолетние. Они получают определенные материальные ресурсы из других экосистем, поскольку сами слишком просты для того, чтобы удерживать и перерабатывать многие питательные вещества, которые получают.
Людям нужны не только пища и одежда, им необходима также сбалансированная по соотношению СО2 и О2 атмосфера, чистая вода и плодородная почва. До последнего времени человечество принимало как должное, что природа обеспечивает ему газообмен, очистку вод, круговороты питательных веществ и другие защитные функции самоподдерживающихся экосистем. Так было до тех пор, пока численность населения земного шара и вмешательство человека в окружающую среду не возросли до такой степени, что это начало влиять на региональное и глобальное равновесие.
Основные факторы, вызывающие нарушения экологического равновесия в агроландшафтах, можно представить 2 группами:
1. Стихийные бедствия и погодно-климатические аномалии: ураганы, наводнения, засухи, пожары, сдвиги в цикличности вегетационного периода.
2. Нерациональная деятельность человека: загрязнение окружающей среды, нерациональное использование природных ресурсов, вырубка лесов, распашка склонов, перевыпас, орошение, чрезмерное применение химических средств и т. д.
Огромную опасность представляет влияние человека на биосферу.
Во-первых, происходят существенные изменения окружающей среды. Возможное потепление климата «парниковый эффект» американский эколог Б. Небел рассматривает как величайшую грядущую катастрофу. Под парниковым эффектом понимают постепенное потепление климата на нашей планете в результате увеличения концентрации в атмосфере антропогенных примесей (СО2~66%, метан~18%, фреонов~8%, окислы азота~3% и др. газы~5%) которые пропуская солнечные лучи, препятствуют длинноволновому тепловому излучению с земной поверхности. Часть этого поглощенного теплового излучения атмосферы излучается обратно к земной поверхности, создавая парниковый (тепличный) эффект. Прогнозируется, что следствием потепления климата будет таяние вечных снегов и льдов, и подъем уровня океана примерно на 1,5 м что вызовет затопление около 5 млн. км2 суши, наиболее плодородной и густонаселенной. Поэтому на Международной конференции по проблемам изменения климата (Торонто, 1979) было высказано мнение, «что конечные последствия «парникового» эффекта могут сравниваться только с глобальной ядерной войной».
Проблема кислых осадков - не новое явление. Впервые они зарегистрированы в 1907 г в Англии. К настоящему времени отмечены случаи выпадения осадков с рН 2,2-2,3 (кислотность бытового уксуса). Двуокись серы - основной загрязнитель, обусловливающий появление кислотных осадков (~ 70%), 20-30% кислых осадков связано с окисью азота и др. газами. При сжигании топлива в атмосферу выбрасываются SO2 и оксиды азота, которые постепенно реагируют с парами воды, давая кислоты. На почвы кислые осадки оказывают наиболее ощутимое отрицательное воздействие, вызывая подкисление почвы, в результате увеличивается вымывание биогенов, снижается активность редуцентов, азотфиксаторов и др. организмов почвенной среды. Кислые осадки также повышают подвижность тяжелых металлов (кадмия, свинца, ртути), высвобождают алюминий, который в свободной форме ядовит. Все эти вещества (алюминий, тяжелые металлы, нитраты и др.) проникают в грунтовые воды, вызывая ухудшение качества питьевой воды.
Воздействуя на растительность, кислые осадки способствуют выщелачиванию из растений биогенов (Ca, Mg, K), сахаров, белков, аминокислот. Они повреждают механические ткани, увеличивая вероятность проникновения через них патогенных бактерий и грибов, способствуя появлению вспышек численности насекомых - в результате снижается продуктивность фотосинтеза.
Огромную опасность представляет разрушение озонного слоя атмосферы. Озоновый экран располагается на высоте 9-32 км. Концентрация озона в нем равна 0,01-0,06 мг2/м3 . Если содержащийся в границах экрана озон выделить в чистом виде, то слой его составит 3-5 мм. Озон в верхних слоях атмосферы образуется в результате распада молекулы кислорода под влиянием УФ-лучей на два атома кислорода. При последующем присоединении атома кислорода к молекуле кислорода получается озон. Одновременно идет противоположный процесс распада озона и образование О2. Условием для протекания реакций является наличие УФ-лучей и преобразование их в ИК-лучи. Озоновым экраном поглощается до 98% УФ-лучей. В последние годы наблюдается тенденция уменьшения содержания озона. Самый серьезный враг озона - различные примеси, в первую очередь фреоны (хлорфторуглеводороды). Под действием солнечной радиации фреон разрушается, выделяя хлор, который является катализатором распада озона, и равновесие смещается в сторону образования О2, в результате разрушается озоновый слой. Есть данные, что уменьшение озона на 1% ведет к увеличению заболеваемости раком кожи на 5-7%. Для Европейской части России это составит около 6-6,5 тыс. человек в год.
Во-вторых, при освоении новых территорий под сельское хозяйство нередко вырубаются лесные массивы, что приводит к невосполнимой утрате многих обитающих в них животных и растений. Лесной массив эффективно предохраняет почву от эрозии и удерживает почвенную влагу, т. к. позволяет воде впитываться в рыхлый пахотный слой почвы, покрытый опадом. Исследования показали, что поверхностный сток с облесенного склона на 50 % меньше, чем с аналогичного склона, поросшего травой. Леса эффективно усваивают элементы питания, высвобожденные при разложении детрита, т. е. рециклизируют их. А с оголенных склонов потоки воды сносят почву, что вызывает затопление и заиление сельскохозяйственных и водных экосистем в низинах. При вырубке лесов вымывание азота из почвы увеличивается в 45 раз.
Изменения экосистем возможны также при интенсивном использовании естественных лугов и пастбищ для выпаса скота. Эти земли часто подвергаются перевыпасу. Это означает, что трава съедается быстрее, чем может возобновиться: наступает обнажение почвы и усиливаются эрозионные процессы. Такие земли особенно жестоко страдают от ветровой эрозии и последующего опустынивания.
И орошение способствует существенному увеличению сельскохозяйственной продукции в регионах с недостаточным количеством осадков. Орошение может привести к засолению почвы до уровня непереносимого растениями, т. к. даже лучшая поливная вода содержит соли, перешедшие в нее из грунта. Соль вымывается и из минеральных частиц самой орошаемой почвы. По мере того как вода теряется на испарение и транспирацию, остающиеся в почвенном растворе соли могут накапливаться в количестве, препятствующем развитию растений. Засоление считается одной из форм опустынивания. Известно, что 3,30 % всех орошаемых земель на планете уже засолены.
Не только человек влияет на агроэкосистемы, угрозу представляет и непрерывное вторжение на сельскохозяйственные угодья нежелательных видов: сорняков, насекомых, грызунов, возбудителей заболеваний. Эти вредные организмы могут уничтожить все посевы монокультуры, если они не будут защищены или если за вредителями и патогенами не будет должного контроля. Когда быстроразмножающиеся виды вырабатывают генетическую резистентность к пестицидам, приходится использовать все более сильные яды. Каждый пестицид ускоряет естественный отбор вредителей до такой степени, что химические средства полностью теряют свою эффективность. А окружающая среда все более загрязняется.
Избыточное внесение минеральных удобрений значительно превышает приток энергии в экосистему, при этом активная органическая материя (гумус) систематически исключается из цикла функционирования экосистемы и разрушается, т. к. усвоение растениями минеральных элементов питания происходит значительно быстрее. В результате нарушается естественный цикл кругооборотов азота, фосфора и содержащихся в почве микроорганизмов.
И наконец, поле-лесо-луговая фауна лучше развивается в агроэкосистемах определенных размеров, потому что насекомые-опылители, обитающие на луговых землях и полевых межниках, не долетают до середины крупного поля. Насекомоядные птицы, сдерживающие массовые размножения вредителей, вылетают за добычей за 300-400 м от гнезда. На полях они обычно контролируют лишь 100-200 м у опушки. Орнитофауна больше обитает у окраины полей, чем в центральной части, поэтому есть смысл разукркпнить поля, ограничивая их лесополосами.
В настоящее время, когда глобальные проблемы приобрели чрезвычайную остроту, исследователи вынуждены все чаще обращаться к наследию В.И. Вернадского, не только предвидевшего обострения этих проблем, но и наметившего ряд реальных путей их решения. Исследуя фундаментальные процессы передвижения вещества и энергии в природе, ученый первый обратил внимание на возрастание влияния человеческой деятельности на планетарные биохимические циклы, превращающие человека в геологическую силу, способного привести к глобальному экологическому кризису.
Человек построил производство как открытую систему. Открытую на входе - вовлечение природных ресурсов и превращению их в хозяйственные блага; и открытую на выходе - человек выбрасывает на свалки отходы. Такое производство приходит в противоречие с общим принципом, на котором строится жизнь, - принципом замкнутого цикла. Чтобы избежать экологического кризиса, агроэкосистемы нужно создавать по типу природных, для которых свойственен замкнутый круговорот веществ. Примером может служить традиционное сельское хозяйство в Китае и Японии. Там все органические отходы, включая фекалии, использовались, и почва в течение тысячелетий сохраняла свое плодородие.
Основные принципы организации безотходного с/х производства были намечены Д.Н. Прянишниковым. Главное условие функционирования хозяйства - обязательное сочетание растениеводства и животноводства. В зависимости от конкретных условий пропорции этих отраслей могут быть разными, но во всех случаях животноводство, утилизируя отходы растениеводства, обеспечивает благодаря органическим удобрениям замкнутость круговорота элементов минерального питания. По данным Уразаева (1996), для поддержания плодородия земель в ЦЧЗ необходимо на каждый гектар вносить экскременты от двух коров.
Второй важный элемент - развитая система севооборотов, имитирующая сукцессионные смены естественных сообществ. Виды, последовательно высаживаемые на одном поле, должны предъявлять существенно разные требования к элементам минерального питания, способствовать поддержанию и улучшению водно-физических свойств почвы, уровня азотного питания. Они должны иметь принципиально разных вредителей и возбудителей болезней, неодинаково взаимодействовать с сорными растениями.
Но также нельзя забывать, что агроценозы неустойчивы во времени, и поддержание их устойчивости на основе монокультур обходится человеку все дороже. Поддерживая монокультуры, мы идем против эволюционных традиций живой природы. Переход к поликультуре, использование при этом всех органических остатков на поле соответствовало бы тенденции развития природных биосферных процессов и обеспечивало бы, кроме высокой продуктивности, максимальную плотность земного покрова планеты. Так, поликультура кукурузы, овса и подсолнечника (в опытах Пензенского сельскохозяйственного института) дает 414, 8 ц/га кормовой массы при урожаях чистого посева 326, 7 ц/га. Издавна в разных районах страны известна смесь пшеницы с рожью ("суржа"), которая всегда, при любых погодных условиях, дает гарантированный урожай, в котором преобладает то пшеница, то рожь, в зависимости от конкретных условий данного сезона вегетации. В условиях Подмосковья смесь: вика+горох+подсолнечник не только давала более высокий урожай кормовой массы, но и степень засоренности почвы снижалась в 3-4 раза, что делало ненужным использование гербицидов. Все шире распространяются смеси из различных сортов одного и того же вида растения. Так, в опытах П. В. Юрина (Яблоков, 1992) на площади 4 тыс. га урожай пшеницы из смешанных сортов составил 43,3 ц/га, а при монокультуре 33, 7 ц/га.
Решая задачи экологизации АПК, необходимо научиться создавать агроландшафт с оптимальным сочетанием искусственных и природных экосистем, что резко снизит влияние АПК на окружающую среду. Необходимо стремиться к наилучшей адаптации с/х производства к существующим природным условиям при их минимальном изменении.
В каждом ландшафте соотношение интенсивно (урбанизация, пашня) и экстенсивно используемых земель (лесопосадки, луга, заповедники) не должно превышать установленных пределов. Так, площадь интенсивно используемых земель в северной тайге не должна превышать 10-20 % освоенной территории, в южной тайге 50-55 %, в лесостепи 60-65 % (Реймерс, 1990).
Наибольшей стабильностью в наземных экосистемах обладают лесные сообщества, болота, естественные луга и пастбища. В этом ранге агроэкосистемы (поле, сад) занимают одно из последних мест. Поэтому для повышения биологической продуктивности агроэкосистем и их экологической устойчивости целесообразно иметь оптимальное (в процентном отношении) содержание лесной растительности, естественных лугов, пастбищ, рек, озер, болот, "пустоши" и т. д., то есть смесь сообществ различных экологических возрастов. Кроме того, в экологической оптимизации структуры агроландшафтов большую роль играют научно обоснованные соотношения площади пашни, лугов, лесов и поголовья сельскохозяйственных животных. Стабильность агроэкосистем поддерживают и защитные лесонасаждения. Они оказывают большое влияние на регулирование стока, гидрологический режим местности, улучшение микроклимата, увеличение урожая сельскохозяйственных культур. Занимая всего лишь 14 % пахотных угодий по границам полей, лесополосы (в степи) способствуют повышению урожайности сельскохозяйственных культур на 15-20 %. На стабильность агроэкосистем указывает благоприятное влияние также посев многолетних трав. Луга и леса стабилизируют циклы биогенов (N, Р, К), препятствуют развитию эрозии почв, поглощают и обезвреживают смытые с полей удобрения и пестициды, не допуская попадания их в водоемы.
Сельскому хозяйству нужны экологически обоснованные системы земледелия, обеспечивающие получение высоких и устойчивых урожаев с/х культур с хорошим качеством продукции; непрерывное наращивание плодородия почв; направленное регулирование биохимической деятельности почвенных микроорганизмов, уменьшение загрязнения окружающей среды агрохимикатами; максимальное использование почвоохранных энергосберегающих технологий.
Кубанским с/х институтом разработаны и внедрены в практику методы выращивания риса с резким сокращением расхода воды и без гербицидов. На протяжении ряда лет в нескольких районах Краснодарского края успешно работают по этой технологии, получая средние урожаи 75-76 ц/га. Английские специалисты в Краснодарском крае в 1986-1988 гг. использовали технологию бесплужной обработки почв с использованием гербицидов, инсектицидов, фунгицидов и регуляторов роста. Урожай пшеницы в 1987г был 48 ц/га, а там же при традиционной обработке поля плугом, но без пестицидов - 53,9 ц/га и с более низкой себестоимостью. Разработаны и применяются безгербицидные технологии и при выращивании кукурузы в Краснодарском крае. Урожаи зерна и зеленой массы при этом оказываются не меньшими, а прямые затраты сокращаются на 25-30%. А в Новгородском с/х институте успешно разрабатывается технологии без применения минеральных удобрений и пестицидов.
Безотходные технологии позволяют решить не только экологические проблемы, но и проблемы сокращения значительных потерь полезных компонентов сырья, содержащихся в отходах. Например, биомассу любого растения можно полностью утилизировать в биотехнологическом процессе. При высокой урожайности (>500ц/га) сахарное сорго содержит 22-30% сахаров. При переработке получают сахарные сиропы, крахмал, этанол, а неперерабатываемые отходы используются для получения биогаза и в качестве добавок к грубым кормам (Чернова и др.,1989).
В Мичуринском комплексе по откорму скота (Тамбовская обл.) разработан способ использования жидкого навоза для орошения орошаемых пастбищ.
Во многих странах имеются установки для переработки и утилизации жидких отходов животноводческих комплексов. В процессе переработки выделяется твердая фракция - шлам (используется как органическое удобрение), жидкая - обеззараженные стоки (удобрения, техническая вода), газообразная - биогаз (содержит 60-70% метана), используется как топливо.
Проблема утилизации навоза сложна, поэтому изыскивают принципиально новые подходы к ее решению. Ведут интенсивные разработки по созданию таких ферм, которые бы функционировали по типу природных экосистем, т.е. безотходных производств. Животноводческий комплекс «Протеиновый конвертер» предназначен для откорма КРС. Это искусственная экосистема с почти замкнутым круговоротом веществ. Автотрофы представлены водорослями и гидропонной зеленого, гетеротрофы - КРС, овцами (или свиньями), птицами, рыбами (или омарами). Одна часть навоза здесь служит удобрением для растений, другая идет для кормления животных, а третья подвергается абиотическому разложению на кислород и водород. Кислородом обогащают помещение для животных, а водород используют для генераторов конвертера как энергетический материал. Исходящие продукты конвертера - только чистая вода и высококачественное мясо.
Таким образом, можно сказать, что сущность экологизации сельского хозяйства в том, чтобы обеспечить максимальную замкнутость использования элементов минерального питания и влагооборота, самовосстановление свойств почв, минимум потерь с/х продукции, т.е. безотходность, чтобы агроэкосистема стала устойчивой, необходимо до минимума снизить воздействие на нее человека, сделать так, чтобы она "работала" по типу природной экосистемы. Такое хозяйство будет в наименьшей степени нарушать естественное равновесие всего агроландшафта и давать необходимую продукцию.