1.1. Экосистема и плодородие

В экосистемах все связано со всем. Плодородие это всеобщее свойство материального мира и экосистем. Это положение - первооснова существования жизни, так как нельзя представить себе организм вне среды и необходимых ему ресурсов, без его сотрапезников из числа представителей собственного вида и видов, использующих те же ресурсы, и без тех, кто его съест или разрушит после смерти. Итогом этих связей и является формирование экосистемы.

Знание законов организации экосистем позволяет использовать их или даже менять, не разрушая до конца систему возникших природных связей. В этом случае в лесу после рубок возобновляются деревья, и не переводятся животные (не гибнут особи), а в водоемах - рыба и водоплавающая птица.

Понятие «агроэкосистема» как сельскохозяйственный вариант экосистемы появилось в 60-е годы прошлого столетия. Им обозначают участок территории, сельскохозяйственный ландшафт, соответствующий хозяйству. Все его элементы связаны уже не только биологически и геохимически, но и экономически. Профессор Л.О. Карпачевский в предисловии к русскому переводу американской книги «Сельскохозяйственные экосистемы» подчеркнул двойственную социально-биологическую природу агроэкосистемы, структуру которой во многом определяет человек. По этой причине агроэкосистемы относятся к числу так называемых антропогенных (т.е. созданных человеком) экосистем. Однако она все же ближе к естественной экосистеме, чем, скажем, к другому варианту антропогенных экосистем - городских.

Как же все-таки устроены агроэкосистемы и каким образом в них осуществляются эти связи? С самого начала уясним себе, что основных способов связи два: по горизонтали и по вертикали. К числу горизонтальных связей относят взаимоотношения организмов с одним типом питания (одного трофического уровня), к вертикальным - с разным уровнем.

Горизонтальные отношения включают в первую очередь конкуренцию, снизить уровень которой можно, используя выработанный Природой механизм совмещения в группе организмов одного трофического уровня видов с разными потребностями в факторах жизни, т.е. дифференциации экологических ниш. Этот механизм может использоваться и у растений, и у животных. Мы совмещаем в одном посеве несколько видов, различающихся глубиной корневой системы, светолюбием, ритмом развития или потребностями в элементах питания, высеваем вместе кукурузу и бобы или несколько сортов кукурузы разной высоты, подсеваем под покров пшеницы или кукурузы многолетние травы и т.д. Аналогично мы выращиваем на ферме не только коров или только свиней, а сразу несколько видов (включая разную птицу и кроликов), которых кормим разными кормами. В обоих случаях эффективность использования ресурсов (и, стало быть, доходность) повышается.

Вертикальные отношения включают взаимодействия организмов разных трофических уровней. Эта группа более разнообразна (растительноядность, хищничество, паразитизм, симбиоз), но имеет то общее, что ее основу составляет передача энергии, первично накопленной растениями, другим организмам, которые лишены этой возможности. Именно эти отношения могут быть положены в основу объяснения структуры агроэкосистемы, сгруппировав все ее население в три функциональные группы: автотрофов - первичных накопителей, которые подобны солнечной батарее космического корабля; гетеротрофов-консументов, которые потребляют эту энергию, поедая живые растения или животных, уже ранее подзарядившихся от растений солнечной энергией. Этот трофический блок подобен аккумулятору, без которого не обходится ни мотоцикл, ни автомобиль. Энергию аккумулятор не производит, и потому периодически его приходится заряжать.

В этом же блоке находятся сельскохозяйственные животные и насекомые-вредители, их враги и спутники растений - микроорганизмы, грибы и бактерии, которые получают от корня органические вещества, снабжают его азотом, помогают усваивать воду и минеральные элементы.

Наконец, в третий функциональный блок входят «стражи плодородия» - редуценты (или сапротрофы, т.е. питающиеся мертвым веществом), которые фиксированные в тканях растений и животных элементы питания возвращают в почвенный раствор для их повторного использования. Этот блок - регенератор почвенного плодородия.

Синхронная работа всех трех блоков может обеспечить нормальную работу агроэкосистемы с поддержанием ее устойчивости - сохранением плодородия почв и биологического разнообразия.

Рассмотрим функциональные блоки агроэкосистемы. В общем виде они применительно к естественным условиям представлены на рис. 1 (Иванов, Кузнецова, 2005). Особую роль в агроэкосистемах играет кальций. И как элемент питания растений и как почвоулучшающее средство кальций всегда выполняет в экосистемах полифункциональную положительную роль.

Агроэкосистемы автотрофны, основным источником энергии для них является энергия Солнца. Ее фиксируют растения и далее передают всем прочим организмам: животным, грибам, бактериям и т.д. При этом, несмотря на то, что растения усваивают лишь 0,5-2% извергаемой на Землю солнечной энергии (все остальное рассеивается), она очень велика. По сравнению с ней вклад в энергетический баланс агроэкосистемы антропогенной энергии, затрачиваемой на горючее, производство техники, удобрений, пестицидов и пр., ничтожен, составляя доли процента от поглощенной энергии Солнца.

Но и эта доля процента может принести не только пользу - повысить урожай и обеспечить возможность резко расширить ассортимент возделываемых культур. При неумелом использовании она разрушает агроэкосистему, в первую очередь почвы и водоемы, ухудшает здоровье человека: повышенные дозы удобрений или более интенсивная обработка почвы неминуемо разрушают и загрязняют среду. И потому обращаться с антропогенной энергией нужно с большой осторожностью, стараясь с ее помощью максимально использовать и неисчерпаемую солнечную энергию.