1.2. Задачи агроэкологии. Место оптимизации в задачах агроэкологии

Агроэкология изучает сельскохозяйственные экосистемы (агроэкосистемы), их функциональные элементы и закономерности взаимоотношений между ними.

Л.О. Карпачевский (1987) отмечает, что к агроэкосистемам относят не только агроценозы, но и всю совокупность естественных и социальных явлений, связанных с агроценозами.

В задачи агроэкологии входит анализ состояния с.-х. экосистем, изучение закономерностей их функционирования с целью повышения устойчивости. В основе агроэкологии лежат три положения:

1. Сестайнинг - самоподдержание агроэкосистем.

2. Адаптивный подход - повышение эффективности вложений антропогенной энергии путем максимальной окупаемости фотосинтезом каждой единицы вложенной энергии. Данный подход наиболее полно развит в работах А. А. Жученко (1988,1990).

3. Экологический императив - система запретов на все формы использования агроэкосистем, которые разрушают ресурсы и загрязняют окружающую среду (Миркин, Хазиахметов, 1995).

Оптимизация является итоговой задачей агроэкологии, т. к. она обеспечивает переход от ресурсоразрушающих интенсивных агроэкосистем к их адаптивным, устойчивым вариантам.

На сегодняшний день существуют два сценария экологизации сельского хозяйства:

1. Вторая "Зеленая революция" (Proceeding ., 1988). Её основные положения были приняты на симпозиуме в Риме (1986), которые предполагают резкое повсеместное сворачивание ресурсоразрушающих интенсивных технологий и замена их на экологичные адаптивные варианты.

2. "Зеленая эволюция" (Миркин, Хазиахметов, 1995). Этот подход предполагает эволюционное приближение деградированных интенсивных агроэкосистем к экологически устойчивым вариантам через постепенное внедрение в основу их функционирования трех отмеченных агроэкологических принципов: сестайнинга, адаптивного подхода и экологического императива.

Сторонники эволюционного подхода обосновывают необходимость постепенного перехода к адаптивным вариантам, так как сохраняется высокая плотность народонаселения на земле и ее высокий прирост. Экологическая оптимизация агроэкосистем, которая неизбежно приведет к снижению продуктивности сельского хозяйства, должна проводиться параллельно с претворением в жизнь программ по стабилизации прироста народонаселения с дальнейшим его снижением, иначе неизбежны социальные конфронтации, связанные с падением уровня жизни и голодом (Braun, 1994).

Сущность оптимизации структуры агроэкосистемы - расчет таких ее параметров. которые позволяют с одной стороны прекратить процесс нарушения агроресурсов (почвы, травостоев естественных кормовых угодий, гидрологического режима и всего биоразнообразия агроэкосистемы), с другой получать достаточно высокую отдачу вложенной антропогенной энергии урожаем растениеводства и животноводческой продукцией.

1.3. История развития идей экологической оптимизации и современное состояние разработок

Идея экологической оптимизации развивалась эволюционно. Можно условно выделить три основных этапа:

1) период узкоспециальных природоохранных технологий (Одум,1987);

2) период комплексных систем оптимизации агроландшафтов (Лопырев, Рябов, 1989; Софрони и др., 1990; Котлярова, 1990);

3) период агроэкологических проектов оптимизации (Миркин и др. 1992).

В первой половине нашего столетия в сельском хозяйстве большинства стран повышается интенсивность производства, что повлекло за собой появление экологических проблем в агросфере. С 30-х годов вслед за крупномасштабным освоением целины в США и с 50-х годов после освоения целины в СССР резко усиливаются процессы почвенной эрозии и пыльные бури. С этого времени начинается поиск новых путей производства, позволяющие снизить вред от разрушения почв. Примечательно, что каждая разработка этого периода касается только отдельной области. К примеру, почвозащитная агротехника предусматривает уменьшение антропогенного влияния только на один блок экосистемы - почву, остальные компоненты агроэкосистемы не затрагиваются, поэтому данный этап мы рассматриваем как период развития узкоспециальных природоохранных технологий.

Данная тенденция не ограничивается только агротехникой, начинаются исследования по проблеме борьбы против насекомых-вредителей с использованием биологических и др. альтернативных способов (Оуен, 1980; Кроссли и др., 1987; Небел, 1993), борьбы против сорняков, которая в последнее время получила новую формулировку - регулирование численности сорняков (Харпер, 1960; Кроссли и др., 1987; Николаева и др., 1995).

Одум (1987) пишет: "Все природоохранные агротехнические мероприятия приближают агроэкосистемы к природным системам, уводя их от городских и промышленных систем и превращая в гармоничные составные части общего ландшафта земли. Общим недостатком всех этих разработок является их узкоспециальность и разобщенность. Ни одна из этих дисциплин в одиночку не может решить мировых продовольственных проблем" (с. 18).

Следующим этапом поиска в направлении экологической оптимизации является период развития комплексных систем оптимизации ландшафтов, в основе которых лежит более интегрированный подход к проблеме экологической стабилизации сельского хозяйства. К их числу можно отнести агролесомелиорацию (Дьяченко и др.,1979; Паулюкявичус,1989) контурно-мелиоративную систему (Лопырев, Рябов, 1989; Котлярова, 1990; Софрони и др., 1990). Круг оптимизационных решений работ этого периода намного шире, к примеру, в агролесомелиорации рассматриваются функциональные взаимосвязи между крупными блоками экосистемы как пашня и полезащитные лесополосы, положительное влияние лесополос на уменьшение эрозии почв, на увеличение содержания гумуса. Освещается проблема увеличения биоразнообразия, в том числе видов-энтомофагов и птиц, осуществляющих естественное регулирование численности насекомых-вредителей. В почве повышается численность дождевых червей и другой полезной эдафофауны, что непременно ведет к увеличению урожайности (Дьяченко и др.,1979) и способности почвы к самоподдержанию.

Наиболее конструктивно разработанным методом данного периода является контурно-мелиоративный подход. Суть его заключается в размещении полей севооборотов, лесополос, залужаемых участков и естественных кормовых угодий (ЕКУ) в соответствии с границами экологически однородных территорий (ЭОТ), (Лопырев, Рябов, 1989; Жученко, 1990). Данная система предусматривает отдельный подход к каждому типу ЭОТ по использованию ее ресурсов. Учитываются все угодья - от земель широкого профиля сельскохозяйственного использования до нецелесообразных для пахотного использования. Для каждого из них рекомендуется отдельная система севооборотов, почвозащитных технологий и т. д. Контурно-мелиоративная система тесно связана с агролесомелиорацией (Приходько, Пастернак, 1987).

Несмотря на огромный практический и теоретический вклад работ этого периода в развитие идей экологической оптимизации, они не дают исчерпывающего ответа на все экологические проблемы сельскохозяйственных экосистем. Несмотря на то, что обе комплексные технологии имеют "агроэкосистемный оттенок", они не могут помочь всей экосистеме в целом, поскольку затрагивают, практически только один ее трофический уровень - автотрофный. Другие трофические уровни остаются вне внимания.

На сегодняшний день наиболее перспективным для развития решения задач оптимизации является комплексный агроэкологический подход. При этом подходе - агроэкосистема рассматривается как целостная система с учетом всех трофических уровней, закономернностей функциональных связей между ними и с учетом потока и трансформации энергии. Как важный компонент агроэкосистемы рассматривается ее социально-экономическая природа (Карпачевский, 1987).

Необходимо отметить, что в истории развития идей экологической оптимизации сельского хозяйства, еще задолго до начала развития интенсивного сельского хозяйства ценные положения были высказаны А.Т. Болотовым (1738-1833) и В.Р. Вильямсом (1863-1939) (Миркин и др., 1992). Эти пионеры агроэкологии писали о необходимости рационального использования агроресурсов, были разработаны нормативы нагрузок на пастбища и пашню для поддержания травостоев и плодородия почв, но эти ученые работали в период экстенсивных экосистем в сельском хозяйстве, когда антропогенные воздействия внутри агроэкосистемы не намного превышали ее компенсационные возможности. )