Все без исключения искусственные агроценозы неустойчивы во времени. Поддержание их устойчивости на основе монокультур обходится человеку все более дороже. Выдающийся ботаник нашего времени А.Л.Тахтаджян пришел к выводу, что победа цветковых растений в борьбе за существование была обеспечена их способностью образовывать сложные многоярусные сообщества. Если это так, то, поддерживая монокультуры, мы идем против эволюционных традиций живой природы. Переход к поликультуре и щадящей почвообработке, использование при этом всех органических остатков на поле, наоборот, соответствовало бы тенденции развития природных биосферных процессов.
Агроэкосистемы будущего должны быть многокомпонентными (поликультуры), обеспечивающими кроме высокой продуктивности максимальную плотность зеленого покрова планеты.
Иногда говорят, что монокультуры в сельском хозяйстве более продуктивны, поскольку они способны продуцировать биомассу вдвое большую с единицы площади, чем естественные экосистемы. При этом, однако, не учитывается, что производство биомассы в естественных экосистемах не связано с затратами энергии человеком, тогда как энергетическая эффективность агроценозов может быть близкой к нулю или даже отрицательной.
Широкое распространение монокультур в современном сельском хозяйстве тесно связано с практически повсеместным применением химических средств защиты растений (так же как и с увеличенными дозами минеральных удобрений).
Создавая поля монокультур, человек сам создает "вредителей" и все последующие проблемы борьбы с ними.
Есть немало экспериментов, показывающих преимущества выращивания нескольких культур совместно (так называемый intercropping). По всем возделываемым культурам известно применение смешанных посевов. Например, яровая пшеница хорошо сочетается с овсом, ячменем, яровой рожью, горчицей, горохом, чиной, чечевицей, бобами, викой, сераделлой, льном, морковью и другими видами. Во многих случаях в таких посевах повышается общий сбор продукции, повышается ценность кормов, улучшается структура почвы, уменьшается количество "сорняков", снижается поражение болезнями и "вредителями". В агрофитоценологии разработан ряд эффективных способов применения разновидовых посевов для самых разных зон. Вот некоторые примеры.
В средней полосе европейской части России поликультура кукурузы, овса и подсолнечника давала 415 ц/га кормовой массы при урожаях чистого посева кукурузы 327 ц/га. При посеве кукурузы с кормовыми бобами было получено повышение урожая кормовой массы на 40-80 ц/га при дополнительном сборе протеина 1,4 ц/га. В Белоруссии подсев люпина к кукурузе позволял дополнительно получать до 150 ц/га кормовой массы.
Совместное выращивание кукурузы и сои увеличивало урожай зеленой массы на 126-136 ц/га, увеличило сбор сырого протеина, повышало питательную ценность кормов. Совместные посевы овсяницы, канареечника и ржи давали пятикратную прибавку урожая по сравнению с чистыми посевами. В опытах по совместному выращиванию арахиса, сорго, проса и кукурузы средний урожай арахиса оказывался меньше на 18%, но общая стоимость продукции с поликультурного поля увеличивалась до 154%, а кукурузный мотылек как вид перестал здесь быть "вредителем".
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 предгорьях Кавказа в "домонокультурное" время была популярной смесь кукурузы и фасоли, суммарный урожай от высевания которой был в 1,5 раза выше, чем монокультуры. Оказалось, что при совместных посевах зимующих горохов с пшеницей общий урожай зерна был выше на 3-5 ц/га, и при этом резко возрастало содержание белка в зерне пшеницы.
В условиях Подмосковья трехвидовые агроценозы (горох-горчица-подсолнечник, вика-горчица-подсолнечник) не только давали более высокие и устойчивые урожаи кормовой массы, но степень их засоренности снижалась в 3-4 раза, что делало ненужным использование гербицидов.
Среди примеров других поликультур, успешно осуществленных в разных экспериментах: кукуруза-ячмень; кукуруза-люпин; кукуруза-горчица; кукуруза-подсолнечник-бобы; вика-овес-райграс;хлопчатник-сорго; лен-клевер; кукуруза-соя-банан-маниок-кокосовая пальма-гевея. Среди популярных поликультур в Центральной Америке ныне: маис-тыквы (пепо и бутылочная); маис-бобы; кассава-бобы; кассава-сладкий картофель. В Руанде (Африка) используются поликультуры: бобы-маис-сладкий картофель; соя-сорго-сладкий картофель. Возможны разные варианты поликультур.
Иногда вегетационная активность агроэкосистем удлиняется подсеиванием дополнительных трав между крупными растениями (кукурузой, соей и т.д.). Все шире распространяются смеси из различных сортов одного и того же вида - с разным строением и различиями в ритмике развития, но созревающие одновременно (так называемые "бленды", или сортосмеси).
Еще несколько столетий назад сортосмеси применялись в Китае при возделывании двухсезонного риса: рассада позднего сорта подсаживалась в посевы раннего, и общий урожай повышался до 48%. В Перу издавна, на протяжении многих веков, для надежности на поля высевают одновременно по нескольку культур (небольшими квадратами), что обеспечивает урожай при любых погодных условиях. Смешанные посадки сортов риса получили широкое распространение в Японии. Сортосмеси пшеницы успешно применялись в ХIХ веке во Франции и России.
Многочисленны данные по успешному использованию сортосмесей кукурузы, хлопчатника, яровой пшеницы, гречихи и других культур.
Конечно, не всякие смеси и не всегда дают заметное повышение урожайности: требуется интенсивное исследование приемов массового усиления различий между растениями в посевах по развитию, органообразованию и росту, возрасту и продолжительности жизни, размножению и размещению на площади, т.е. учет разнообразных взаимоотношений компонентов на протяжении вегетации. В многолетних опытах П.В.Юрина (МГУ) урожай односортовых плантаций кукурузы составлял 343 ц/га, а в смешанных посевах с неодинаковой высотой растений и разными сроками цветения - 472 ц/га. На площади 4 тыс. га П.В.Юрин получал урожай пшеницы из смешанных сортов 43,3 ц/га, а при монокультуре - только 33,7 ц/га.
Иногда использование других культур выгодно не только для получения дополнительного урожая, но и в качестве "видов-ловушек", принимающих на себя основную тяжесть поражения "вредителями". Так, при совместных посевах сладкого картофеля и кукурузы муравьями поражается исключительно картофель, а кукуруза остается нетронутой. При выращивании только кукурузы она почти полностью поражается муравьями.
С другой стороны, с помощью каких-то специально подобранных диких растений-репеллентов можно добиться отпугивания нежелательных в агросистеме видов. Известно около 600 видов растений, которые обладают таким отпугивающим эффектом (например, ноготки, ромашка-пиретрум, чеснок, табак и др.). Подчеркнем еще раз: все сортосмеси оказываются более устойчивыми к "сорнякам", болезням и "вредителям", чем чистые посевы тех же культур.
Отказ от монокультур и переход к поликультурам позволяет обеспечить неуязвимость полей при воздействии насекомых, клещей, грибковых и вирусных заболеваний в опасных для урожая масштабах.
В таких сложных экосистемах взаимосвязь видов такова, что постоянно высокая численность какого-либо одного вида невозможна. Кроме того, в поликультурах практически отсутствует почвоутомление.
Углубленное изучение межвидовых взаимоотношений в таких создаваемых человеком фитоценозах должно вскрыть большие резервы повышения урожайности сельскохозяйственных культур без применения химических средств защиты растений.
ПРИРОДНЫЕ ПЕСТИЦИДЫ
Важное направление современного сельского хозяйства - замена химических пестицидов на природные. В некоторых регионах мира природные нетоксичные пестициды применяются издавна.
В США, например, патент на применение в качестве средства защиты в сельском хозяйстве так называемой "диатомовой земли" - измельченных скелетов микроскопических водорослей диатомей – был зарегистрирован более 150 лет назад. Действие таких составов, по-видимому, в основном механическое: мельчайшие частицы забивают трахеи насекомых. Этот же принцип используют, наверное, и птицы, "купающиеся" в мелкой пыли для избавления от кожных и перьевых паразитов. Исследованиями Министерства сельского хозяйства США в 1970-е гг. было показано, что добавление 0,5-3,0 кг такого порошка на 1 т зерна предохраняет его от поражения насекомыми (в мире от 20 до 30% собранного зерна теряется при хранении).
На основе кремниевой пудры сейчас зарегистрировано немало средств борьбы с домашними насекомыми. Кроме "диатомовой земли" все шире используются неорганические пестициды типа силиконовых аэрогелей ("драйуан", "драйдай") и борной кислоты. Число таких примеров увеличивается с каждым годом. Обнаружено, что опрыскивание составом, полученным из панцирей ракообразных (раков, крабов, лобстеров, креветок) и кутикулы насекомых, позволяет сохранять фрукты свежими в течение 9 месяцев. Тысячи тонн таких панцирей выбрасываются в море, загрязняя его. На первых этапах разработки препарата получили хитозан - на основе растворения хитина в кислоте, потом нашли карбоксиметилхитозан, растворимый в воде.
Доказан факт инсектицидной активности ряда широко распространенных и сравнительно безопасных веществ. Показано, что эти вещества, внесенные в измельченном виде в почву, способствуют усилению деятельности микроорганизмов, которые в свою очередь поражают виды насекомых, размножающихся в массовом количестве, а также нематод. Этим открыты широкие возможности разработки "природных пестицидов", основанных на естественных продуктах, таких, как панцири крабов и других ракообразных и створки моллюсков.
Своеобразным направлением биозащиты может считаться использование пестицидных препаратов, основанных на природных, чаще всего растительных, ингредиентах. Известно, например, что высушенные или измельченные листья картофеля, помещенные с клубнями в хранилища, уменьшают потери картофеля при хранении до 40%.
Существует немало инсектицидных препаратов, основанных на растительных ингредиентах. С колорадским жуком, многими вирусами,в том числе вирусом табачной мозаики, эффективно борются посредством опрыскивания растений настоем зеленого перца, иногда смешиваемого с чесноком, табаком или корнями Croton tigleum.
Настои дерриса в сочетании с разными другими растениями успешно применяются для защиты рисовых полей в Латинской Америке и Индонезии. Одним из самых широко распространенных природных пестицидов в Юго-Восточной Азии, Африке (Сахара), на Фиджи, на Маврикии и в некоторых странах Центральной Америки являются плоды дерева ним, применяемые в виде пудры или растворов против тлей, гусениц, бабочек, клещей, травоядных насекомых, в том числе против всех кузнечиков и саранчи, жесткокрылых и других массовых "вредителей". В виде пудры, действующей как контактный яд, широко используется ромашка пиретрум в Центральной Америке и Бразилии также используются молодые ветви дерева квассия, а в Индии его близкого родственника - Picraama excelsa. Широко известно инсектицидное действие табака. На Филиппинах для борьбы с почвенными "вредителями" закапывают в почву листья хренового дерева. Пудра из листьев папайи предохраняет кофе от ржавчины и грибковых заболеваний. Немало растительных препаратов используются для сохранения зерна и бобов.
К середине 1970-х гг. в мире было известно в общей сложности около 2000 видов растений с выраженной инсектицидной активностью. Для нашей флоры известны многие десятки растений с инсектицидной активностью - настоев, порошков из луков, чеснока, живокости, софоры, ежовника, молочая, хрена, горчицы, петрушки, багульника, белены, дурмана, маков и многих других.
Напомним, что издавна в некоторых регионах мира используются естественные бактериальные препараты: собираются трупы погибших от заболеваний насекомых, размалываются и распыляются по полю для заражения живых "вредителей". Особенно эффективна эта техника при защите овощных культур.
ВЫВОД
На основании вышеизложенного, предполагаю, что агроэкосистемы будущего без химии возможны. Применение методов посадки поликультур, использование метода Мальцева, а также отказ от пестицидов наше будущее.