Человек, вытесняя естественные биогеоценозы и закладывая агробиогеоценозы, своими прямыми и косвенными воздействиями нарушает устойчивость всей биосферы. Стремясь получить как можно больше продукции с посевных площадей, он влияет на все компоненты экосистемы, и в частности на почву, в результате применения комплекса агротехнических мероприятий, включающих химизацию, механизацию и мелиорацию.
Совершенствуя агротехнические приемы и селекцию, человек постоянно повышал урожайность сельскохозяйственных культур. Так, в XV—XVIII вв. средняя урожайность зерновых составляла 0,6— 0,7 т/га, теперь во многих странах она достигла 4—5 т/га. Потенциально возможно довести ее до 15—25 т/га.
Сейчас почву обрабатывают на скоростных тракторах, урожай собирают мощными комбайнами, транспортирование удобрений, зерна и другой сельскохозяйственной продукции осуществляют автомашины повышенной грузоподъемности, а животноводческие фермы все больше оснащают современными средствами механизации и автоматизации. Увеличивается количество минеральных удобрений, вносимых в почву, возрастает выпуск других химических средств для нужд земледелия и животноводства. Широко применяются орошение и осушение земель. Все это представляет мощный антропогенный пресс, который с огромной силой «давит» на агробиоценозы и на природную среду (рис. 6). В перспективе его влияния будут расти. Задача науки и производства — нивелировать отрицательные последствия воздействия антропогенного пресса на природу.
Так, за последние 20 лет площадь пашни в СНГ практически не изменялась. В то же время стоимость основных производственных фондов (в первую очередь техники) и их энергетическая мощность возросли в 4 раза, площадь мелиорируемых земель — в 2 раза, количество минеральных удобрений — в 6 раз. Неизмеримо возросло применение пестицидов, как и их разнообразие. Урожайность же повысилась только на 0,3 т/га.
В ряде регионов, особенно в Краснодарском крае, Ставрополье, Закавказье, Молдавии, резко увеличилось количество антропогенной энергии, вкладываемой в сельское хозяйство. Например, количество антропогенной энергии ныне на гектаре молдавской пашни вдвое превышает таковую в Германии, Дании и Англии, в 5 раз в США, в 13 раз в Канаде и Австралии, урожайность же возрастает далеко не адекватно, т.е. нарушается важнейший принцип обменных процессов — эквивалентность. В США для повышения урожайности в 2 раза с 1910 г. потребовалось увеличить количество антропогенной энергии в виде удобрений, пестицидов, техники и др. в 10 раз.
Всю совокупность природных условий при использовании необходимо контролировать и регулировать. Лишь при этом условии биосфера и ее элементы, в частности почва, способны к воспроизводству. При переизбытке антропогенной энергии не только падает прирост урожайности, но и снижаются сахаристость свеклы и содержание белка в зерне. Человек улучшает почву, поддерживает устойчивость и повышает продуктивность агробиоценозов внесением удобрений, введением севооборотов с травами, рыхлением и глубокой вспашкой, мелиорацией и другими агротехническими приемами.
Деятельность земледельца одинаково направлена как на свои интересы, так и на охрану и улучшение почвы. Подобно тому как нельзя противопоставлять научно-технический прогресс охране природы, так нельзя противопоставлять охрану почв агроиндустриальной ее эксплуатации. И все же полной гармонии между земледельцем и почвой нет. Серьезной проблемой остается защита почвы от эрозии.
Своевременное осуществление всего противоэрозионного комплекса, включающего агротехнические и лесомелиоративные меры, — важнейшая часть охраны природы. Оно способствует не только прекращению эрозии, но и превращению эродированных земель в продуктивные угодья.
На продуктивность почвы оказывает влияние и выпас. Неумеренный выпас изменяет структуру пастбищной экосистемы (исчезают некоторые ценные виды растений, повышается численность грызунов и саранчовых и т.п.), приводит к уничтожению дернины и разрушению почвы. В результате этого усиливается эрозия и образуются антропогенные пустыни, которые «агрессивны» и очень трудно поддаются сельскохозяйственному освоению.
Перевыпас способствует обеднению почвы химическими веществами и иссушению. При умеренном использовании пастбищ и разумной их смене поддерживаются саморегуляция и нормальный цикл биотического круговорота веществ. Правильной эксплуатации пустынных пастбищ и поддержанию их емкости необходимо уделять большое внимание. Продуктивность искусственных пастбищ и сенокосов постоянно регулируют комплексом мероприятий, в частности внесением в почву удобрений.
Для повышения продуктивности агробиоценозов в текущем столетии стали широко применять химические удобрения. Ежегодно в мире на поля вносят не менее 60 млн. т питательных веществ. Это позволило удовлетворить потребности растений в азоте, фосфоре, калии и других элементах и тем самым резко повысить урожайность основных продовольственных и технических культур.
Всевозрастающее применение химических удобрений увеличивает масштабы их смыва и попадания в водоемы. Возникают благоприятные условия для развития водорослей, которые потребляют много кислорода и сильно затрудняют жизнь в водоеме. Растет также количество других химических средств, используемых в сельском хозяйстве (гербициды, инсектициды, дефолианты и др.). Кроме того, человек широко применяет химические вещества в борьбе с болезнями животных.
Использование химических удобрений и пестицидов наряду с положительными результатами приводит к серьезным отрицательным последствиям, которые в конечном счете неблагоприятно сказываются на природной среде и продуктивности агробиоценозов, о чем раньше говорилось неоднократно.
Высокопродуктивное сельское хозяйство, полностью исключающее химические способы защиты растений, вполне возможно и уже успешно ведется в некоторых странах, а также в ряде хозяйств СНГ.
Необходимо свести к минимуму отрицательное воздействие химических средств, применяемых в сельском хозяйстве. Для этого требуется строго соблюдать правила использования удобрений и химических средств защиты растений и животных. При неумелом и небрежном обращении с химическими веществами они превращаются в жестокого врага земледельца.
Переход на биологическое земледелие и экологически чистое животноводство требует постоянного снижения норм минеральных удобрений и пестицидов, использования беспестицидных технологий борьбы с вредителями, болезнями и сорняками.
Наиболее податливая часть агробиоценоза — почва. Распашка и другая механическая обработка в корне меняют ее состав и структуру, микробиологические процессы, протекающие в ней, растительный покров и животный мир. В результате нарушается сложившийся в биогеоценозе нормальный цикл круговорота веществ.
Рассмотрим влияние сельскохозяйственной техники на почву и природную среду в целом, которое проявляется в виде механического, химического, акустического воздействий и электромагнитного излучения.
Механическое воздействие сельскохозяйственной техники на почву приводит к ее уплотнению, разрушению структуры, увеличению в ней тонкодисперсных частиц. Резко ухудшаются ее водно-физические свойства, что способствует развитию водной и ветровой эрозии. Нарушение водно-физических свойств отражается на нормальном газовом обмене между почвой и атмосферным воздухом. При изменении водно-физических свойств почвы, вызванном уплотнением и разрушением ее структуры, создаются анаэробные условия. В результате в почве преобладают процессы брожения (анаэробиоз) и разложения клетчатки и других углеродсодержащих веществ с образованием и накоплением в почве различных газов: этилена, водорода, метана, сероводорода и др. Это отрицательно сказывается на жизнедеятельности как фауны почвы, так и растений, в том числе культурных. В условиях анаэробиоза в почве образуются оксикислоты, токсичные для проростков семян культурных растений, что значительно снижает их полевую всхожесть.
При уплотнении почвы меняется ее окислительно-восстановительный потенциал. При этом изменяются интенсивность и направленность биологических и биохимических процессов в почве, возрастают процессы денитрификации и десульфафикации, прекращается мобилизация трудно- и недоступных для растений форм фосфора. При этом активизируется процесс денитрификации, т.е. процесс восстановления нитратов до молекулярного азота. В результате происходит потеря из почвы доступного для растений азота. В почве усиливается деятельность сульфатредуцируюших бактерий и накапливается сероводород — вещество, токсичное для растений и других организмов. Химизм этого процесса аналогичен денитрификации.
Одновременно подавляется жизнедеятельность анаэробных свободноживущих и симбиотрофных азотфиксирующих микроорганизмов, что снижает процессы накопления в почве связанных форм азота. Изменение видового состава микроорганизмов в сторону агрономически вредных групп характерно для слабоокультуренных почв. В анаэробных условиях резко возрастает накопление закисных форм железа и алюминия, токсично влияющих на растения.
Таким образом, уплотнение почвы при воздействии мобильной сельскохозяйственной техники снижает ее биологическую активность и, следовательно, потенциальное и эффективное плодородие.
При воздействии рабочих органов на почву происходит уничтожение почвенных и наземных организмов, повреждаются растения, жатками, косилками, комбайнами уничтожаются выводки птиц и мелкие животные. Гибель животных от средств механизации в основном происходит во время уборочных работ. Наиболее безопасный метод косовицы — уборка «вразгон», при котором машины двигаются от центра поля к периферии. При таком способе от гибели спасается около 70 % зайцев-русаков, около 100 % коростелей и т.д. Хорошие результаты дает поступательный, «челночный» метод кошения, при котором дичь может беспрепятственно отступать в поле, а затем в естественное укрытие (лес, овраг).
При наличии в середине поля лесополосы (ремиза) уборку ведут с края полос к центру. Дикие животные уходят на ремизный участок. Для предотвращения гибели дичи сельскохозяйственную технику оборудуют различными отпугивающими приспособлениями (штанги-погремушки, свисающие цепи, салазки). Представляет интерес устройство, посылающее впереди работающих ножей косилки электрические заряды, записанные на пленку «сигналы опасности», издаваемые самими животными.
Химическое воздействие сельскохозяйственной техники заключается в загрязнении воздуха, почвы и водоемов химическими веществами, использующимися и образующимися при работе двигателей и других агрегатов, проведении технических уходов, промывке карбюраторов, консервации техники. В результате в почву попадают химические продукты, которые отрицательно сказываются на живых организмах, замедляют почвообразовательные процессы. Кроме того, с током ливневых, талых и грунтовых вод происходит миграция химических веществ в водоемы, что приводит к гибели зоопланктона и рыбы.
Акустическое воздействие мобильных энергетических средств проявляется в звуковом воздействии, а также в инфра- и ультразвуковом. Оно оказывает негативное влияние как на дикую фауну, так и на сельскохозяйственных животных.
Акустическое воздействие, в частности слышимая часть, — фактор, беспокоящий животных. Источниками звукового (шумового) загрязнения биогеоценозов являются автомашины, тракторы, комбайны и другие механизмы.
Особенно большой вред шумы стали причинять животноводству после его перевода на промышленную основу. При работе доильных установок, кормораздатчиков, подвесных дорог, тракторов и др. интенсивность шума достигает 70 дБ, на птицефабриках она может достигать 75—100 дБ. Под воздействием шума у коров повышается температура тела, учащаются пульс и дыхание, снижается частота движения рубца, жвачка становится редкой, происходят изменения в крови, усиливается нервная возбудимость и в результате снижаются надои молока.
Живая масса цыплят при сильных звуковых воздействиях уменьшается, а затраты кормов на единицу привеса увеличиваются. В крупных хозяйствах у птиц наблюдается заболевание, называемое «шумовой истерией», которое проявляется при сильном шуме. Куры вследствие стресса начинают беспокоиться, усиленно махать крыльями, травмируя при этом друг друга. В результате снижается яйценоскость.
Поэтому при эксплуатации оборудования в животноводческих помещениях следует добиваться снижения шумовой интенсивности до 70 дБ, а в птицеводческих — до 90 дБ. Это достигается звукоизоляцией стен, дверей, механизмов и их регулировкой. Дороги должны быть ограждены зелеными насаждениями, значительно поглощающими шум.
Коротковолновый спектр электромагнитного излучения (свет) беспокоит в ночное время диких животных, вызывает гибель большого количества насекомых, которые летят на свет фар сельскохозяйственных агрегатов и гибнут, попадая с током воздуха в радиатор трактора, комбайна или автомобиля.
Длинноволновая часть электромагнитного излучения проявляется в течение суток. Электромагнитное излучение способствует изменению тонких клеточных и молекулярных биологических структур. Импульсы электромагнитного поля (ЭМП) могут вызывать мутагенные эффекты. Под действием ЭМП в организме могут происходить необратимые нарушения в терморегуляции, ведущие к гибели животных.
Под влиянием шумов, ЭМП и скученности домашних животных и птиц в помещениях возникают патологические явления, наблюдаются уклонение матери от кормления приплода, а у свиней и птиц — случаи каннибализма. Так, свиноматка в результате лактационного психоза поедает поросенка, домашние птицы выклевывают снесенные ими же яйца. Стрессовые реакции приводят к различным заболеваниям, к перенапряжению защитно-приспособительных свойств организма.
Профилактика поражения животных электротоком в связи с широкой электрификацией сельского хозяйства особенно актуальна. В первую очередь это касается животноводческих и птицеводческих помещений с их сложным электротехническим оборудованием. Поэтому необходимы качественный монтаж электроустановок, надежная изоляция электропроводов, экранирование источников излучения, расположение зданий глухим торцом к излучающим средствам.
Наряду с механизацией и электрификацией мощным фактором повышения продуктивности агробиоценоза служит орошение. Его необходимо проводить грамотно, с учетом почвенных условий и возделываемой культуры, чтобы исключить ирригационную эрозию и засоление почвы. Всегда следует помнить, что агробиоценозы весьма хрупки и уязвимы. Управление агробиоценозами должно базироваться на точных знаниях и контролируемых технологических действиях.
Надо помнить, что пути повышения экологической устойчивости агробиоценозов разнообразны. При их выборе необходимо учитывать комплекс показателей: создание сортов, устойчивых к нерегулируемым факторам среды (морозы, засухи и др.); использование сортов, устойчивых к болезням и вредителям; соответствие природы выращиваемых культур почвенно-климатическим условиям; разнообразие видов и сортов в агробиоценозах и др.
Надо внедрять в производство умеренно продуктивные, но устойчивые к засухе сорта. Стремление повсеместно выращивать высокопродуктивные сорта, экологически требовательные к условиям среды, необоснованно. Не во все годы удается обеспечить растения необходимыми условиями произрастания (водой, пищей, теплом, светом) в требуемом количестве, сбалансированном виде, во все фенофазы. Это показала «зеленая революция» в Африке, Азии и Южной Америке. В США, где условия для земледелия значительно лучше, пошли по пути создания сортов умеренно продуктивных, но устойчивых к засухе, вредителям и болезням. Основная направленность должна быть на селекцию именно таких сравнительно нетребовательных сортов, обладающих высоким потенциалом адаптивности.
Адаптивное природопользование должно вестись по принципу: каждому экотопу свой набор культур, свой севооборот и свою агротехнику. Это особенно актуально для фермерских хозяйств, где можно более гибко учитывать пестроту естественных экотопов. Все это обеспечит поддержание экологического равновесия в агробиоценозе и будет способствовать высокой его продуктивности.