Значение лимитирующих (ограничивающих) факторов. Закон «минимума»

  Экологические ниши растений, на первый взгляд, менее  разнообразны, чем животных. Они  четко очерчены у видов, различающихся  по питанию: сапрофитов (подъельник, гнездовка), паразитов (заразиха, повилика, раффлезия), полупаразитов (погремок, марьянник, омела), насекомоядных растений (росянка, пузырчатка, непентес). Но и зеленые фотоавтотрофные растения занимают разные экологические ниши в фитоценозах. Множественность экологических ниш определяется разным использованием растениями среды, размещением органов в воздухе и почве, ритмами сезонного развития, длительностью периода вегетации, сроками цветения и особенностями плодоношения, взаимосвязями с элементами абиотической среды и всеми компонентами биоценоза.

  В водоемах растения, полностью погруженные  в воду (элодея, роголистник, уруть), оказываются в иных условиях температуры, освещенности, газового режима, чем  плавающие на поверхности (телорез, водокрас, ряска) или укореняющиеся на дне и выносящие листья на поверхность (кувшинка, кубышка, виктория). Различаются они и взаимосвязями со средой. Эпифиты тропических лесов занимают сходные, но все же не идентичные ниши, так как относятся к разным экологическим группам по отношению к свету и воде (гелиофиты и сциофиты, гигрофиты, мезофиты и ксерофиты). Разные эпифитные орхидеи имеют узкоспециализированных опылителей.

  В зрелом широколиственном лесу деревья первого  яруса – дуб обыкновенный, вяз  гладкий, клен платановидный, липа сердцелистная, ясень обыкновенный имеют сходные жизненные формы. Древесный полог, образованный их кронами, оказывается в одном горизонте, в сходных условиях среды. Но внимательный анализ показывает, что они по-разному участвуют в жизни сообщества и, следовательно, занимают разные экологические ниши. Эти деревья различаются по степени светолюбия и теневыносливости, срокам цветения и плодоношения, способам опыления и распространения плодов, составу консортов и проч. Дуб, вяз и ясень – анемофильные растения, но насыщение среды их пыльцой происходит в разные сроки. Клен и липа – энтомофилы, хорошие медоносы, но цветут в разное время. У дуба – зоохория, у остальных широколиственных деревьев – анемохория. Состав консортов у всех разный.

  Если  в широколиственном лесу кроны деревьев находятся в одном горизонте, то активные корневые окончания располагаются на разной глубине. Корни дуба проникают наиболее глубоко, выше располагаются корни клена и еще более поверхностно – ясеня. Опад разных видов деревьев утилизируется с разной скоростью. Листья липы, клена, вяза, ясеня к весне почти полностью разлагаются, а листья дуба и весной еще образуют рыхлую лесную подстилку. В соответствии с представлениями Л. Г. Раменского об экологической индивидуальности видов и с учетом того, что виды растений в сообществе по-разному участвуют в освоении и преобразовании среды и трансформации энергии, можно считать, что в сложившихся фитоценозах каждый вид растения имеет свою экологическую нишу. В онтогенезе растения, как и многие животные, меняют экологическую нишу. С возрастом они более интенсивно используют и преобразуют среду. Переход растения в генеративный период заметно расширяет круг консортов, меняет размер и напряженность фитогенного поля. Средообразующая роль стареющих, сенильных растений убывает. Они теряют многих консортов, но увеличивается роль связанных с ними деструкторов. Продукционные процессы ослабляются. У растений имеет место перекрывание экологических ниш. Оно усиливается в отдельные периоды при ограничении ресурсов среды, но поскольку виды используют ресурсы индивидуально, избирательно и с разной интенсивностью, конкуренция в устойчивых фитоценозах ослабляется.

  На  богатство экологических ниш  в биоценозе оказывают влияние  две группы причин. Первая – условия среды, предоставляемые биотопом. Чем мозаичнее и разнообразнее биотоп, тем больше видов могут размежевать в нем свои экологические ниши. Другой источник разнообразия ниш – сами виды, являющиеся ресурсом и создающие среду для других. Американский исследователь Р. Макартур, изучая ярусное разнообразие растительности по горному склону и число видов гнездящихся птиц, продемонстрировал прямую зависимость между этими показателями, положив начало многим исследованиям, подтверждающим связь видовой емкости сообществ с их внутренней структурой. Любой новый вид, внедряющийся в сообщество, увеличивает число имеющихся в нем экологических ниш не только за счет своего собственного положения среди других, но и предоставляя ресурсы для паразитов и хищников, норовых и гнездовых сожителей и т. п.

  42. Воздействие агроэкосистем  на компоненты  биосферы.

  Биосфера  включает в качестве элементарных единиц естественные и искусственные экосистемы. Агроэкосистемы - искусственные экосистемы, многие из которых исторически формировались в результате использования человеком почвенно-земельных, пастбищных и растительных ресурсов. Агроэкосистемы - неустойчивые биологические системы, удовлетворяющие потребности человеческого общества в продуктах питания. Агроэкосистему образуют живые организмы (растения, животные, насекомые, микроорганизмы и др.) и среда обитания. В настоящее время обрабатываемые земли дают 88% энергии, получаемой человечеством с пищей. Значительные площади суши занимают сельскохозяйственные угодья.

  Агроэкосистемы  обладают малой экологической надежностью и нуждаются в регулярной поддержке. Они занимают обширные территории в лесостепных и степных районах Северного полушария Земли, располагаясь мозаично. Около 10% суши занимают сельскохозяйственные ландшафты. Естественные степные, лесостепные и лесные биоценозы заменены пастбищами, сенокосными лугами, пашнями, садами, огородами. Структура агроэкосистем упрощена человеком с целью быстрейшего получения продукции. Эти экосистемы являются составными частями биосферы и испытывают на себе влияние компонентов естественных биоценозов - растений, животных, микроорганизмов, факторов неорганической среды. В свою очередь, агроэкосистемы оказывают влияние на компоненты биосферы. Человеком созданы науки, исследующие законы и приемы возделывания сельскохозяйственных культур, включающие в себя земледелие, агротехнику, агрохимию, растениеводство, селекцию, защиту растений и мелиорацию. Качество почв во многом зависит от длительности возделывания земли и культуры земледелия. Для сохранения агроэкосистем необходимо соблюдать определенные правила и приемы возделывания культур, подготавливать посевной и посадочный материал, вводить севообороты, включающие посевы многолетних трав, насаживать лесозащитные лесополосы, вносить минеральные и другие удобрения. Для повышения устойчивости искусственных биогеоценозов приходится использовать химические средства защиты растений.

  Важным  направлением развития агроэкосистем  является интенсификация природопользования посредством миниатюризации - получения  больших валовых урожаев с полей меньшего размера - и выполнения комплекса мер по сохранению общего плодородия земли. Плодородие почвы - совокупность естественного и искусственного плодородия почвы, она зависит от естественного почвенного плодородия и от условий земледелия, уровня развития науки и техники.

  65. Экологические проблемы орошения почв.

  Практика  хозяйствования и изучения результатов  многочисленных исследований показали, что существующая система земледелия не обеспечивает рационального использования  биоклиматических, земельных и водных ресурсов, а интенсификация сельскохозяйственного производства сопровождается ухудшением состояния природной среды в результате развития деградационных процессов и, в первую очередь снижения плодородия почв (табл. 1).

  Таблица. 1

Динамика качественного состояния сельскохозяйственных угодий России, млн га

  Несмотря  на принимаемые в последние годы меры, процессы деградации сельскохозяйственных угодий усиливаются, приобретают угрожающие масштабы и резко ухудшают качественное состояние угодий. Из имеющихся в России в настоящее время 194 млн га сельскохозяйственных угодий 45 млн га (23% к наличию) переувлажненные и заболоченные, 98 млн га (51%) кислые, 43 млн га (22%) засоленные и осолонцованные, 29 млн га (15%) закустаренные, заросшие мелколесьем и каменистые. Из общего количества сельхозугодий более 130 млн га (67%) подвержены эрозии, опустыниванию и другим дефляционным процессам. Большие площади пахотных угодий характеризуются низким содержанием гумуса в почве, дефицитом фосфора и калия. Анализ состояния сельскохозяйственных угодий, и в особенности мелиорированных земель, диктует необходимость принятия кардинальных действий по их улучшению. При этом проведение и объемы оросительных, осушительных, культуртехнических, химических и других видов мелиораций должны определяться технико-экономическим и экологическим обоснованием с учетом особенностей каждой почвенно-климатической зоны. Общепринятые критерии оценки состояния продовольственной безопасности характеризуются необходимостью ежегодного получения не менее шестисот килограммов зерна в расчете на душу населения. При численности населения 150 млн человек годовой объем производства зерна должен составлять не менее 90 млн т. Поскольку основной сбор зерна, более 80% приходится на зону недостаточного и неустойчивого увлажнения атмосферными осадками, в остро засушливые годы недобор его относительно нормального года, как установлено наукой по данным многолетних наблюдений, составляют 27-32 млн т. Восполнить образующийся дефицит зерна и кормов в такие годы с наибольшей гарантией призваны орошаемые земли.

  Отечественной сельскохозяйственной наукой разработана  система мер по снижению отрицательных воздействий засухи, включающая применение комплекса мероприятий по накоплению и рациональному использованию почвенной влаги на посевах сельскохозяйственных культур, а именно водосберегающую обработку почвы, снегозадержание, полезащитное лесоразведение, обводнение территории, орошение и другие. Осваиваемая в настоящее время в ряде засушливых регионов адаптивно-ландшафтная система «сухого» земледелия способствует повышению урожайности и стабилизации объема производства зерна и кормов. Однако без сочетания системы «сухого» земледелия с орошением земель увеличить производство сельскохозяйственной продукции до уровня, обеспечивающего производственную безопасность, нейтрализовать негативное влияние засух на устойчивость развития сельского хозяйства не представляется возможным. Орошение в сочетании с внесением минеральных и органических удобрений, на фоне высокой культуры земледелия, по данным более чем тридцатилетних исследований ВНИИОЗа обеспечивает повышение урожайности озимой пшеницы и кукурузы до 6-8 т/га зерна и более, что в 3-5 раз выше, чем без орошения. При этом коэффициент устойчивости урожайности повышается с 0,52-0,46 до 0,93. Продуктивность люцерны и кукурузы на зеленую массу, благодаря орошению, повышается в 7-13 раз, а коэффициент устойчивости с 0,32-0,27 до 0,92.

  В настоящее  время мелиоративно-водохозяйственный  комплекс России представлен 9,3 млн  га мелиорированных земель, в том  числе 4,5 млн га орошаемых и 4,8 млн  га осушенных с общей балансовой стоимостью мелиоративных систем всех форм собственности 307 млрд рублей, из них федеральной собственности 84 млрд рублей или 27 % от общей балансовой стоимости. Эти земли занимают 7,5 % от общей площади пашни, на них производится 60-65 % овощей, более 15 % грубых и сочных кормов, весь рис, значительное количество другой продукции растениеводства. Основные площади орошаемых земель России (49 %) сосредоточены в Южном федеральном округе, где лидирующее положение занимают Краснодарский и Ставропольский край, а также республика Дагестан. В Приволжском федеральном округе основные площади поливных земель расположены в Саратовской области, а в Сибирском – в республике Бурятия.

  Однако  большие площади мелиорированных  земель находятся в неудовлетворительном состоянии, в результате чего часть  этих площадей не используется в сельскохозяйственном производстве. Из общего наличия орошаемых земель более 920 тыс. га (20 % к наличию) имеют неудовлетворительное мелиоративное состояние (табл. 2), из них на 384 тыс. га наблюдается недопустимое залегание уровня грунтовых вод, 255 тыс. га имеет заселение почв, на 272 тыс. га имеют место оба эти неблагоприятных фактора. Свыше половины оросительных систем (2,4 млн га) нуждается в проведении капитальных работ по реконструкции, повышению их технического уровня и других мероприятий. Более 70% орошаемых земель, имеющих неудовлетворительное мелиоративное состояние, сосредоточены в регионах Южного федерального округа.

  Таблица 2

Динамика развития и состояния мелиорированных  земель, млн га