Бесплатный автореферат и диссертация по географии на тему

Оценка экологического состояния чернозема типичного Лесостепи при различных способах сельскохозяйственного использования

ВАК РФ 11.00.11, Охрана окружающей среды и рациональное использование природных ресурсов

Автореферат диссертации по теме "Оценка экологического состояния чернозема типичного Лесостепи при различных способах сельскохозяйственного использования"

На правах рукописи

ЩЕДРИН Виктор Алексеевич

ОЦЕНКА ЭКОЛОГИЧЕСКОГО СОСТОЯНИЯ ЧЕРНОЗЕМА ТИПИЧНОГО

ЛЕСОСТЕПИ ПРИ РАЗЛИЧНЫХ СПОСОБАХ СЕЛЬСКОХОЗЯЙСТВЕННОГО ИСПОЛЬЗОВАНИЯ

11.00.11 - охрана окружающей среды и рациональное использование природных ресурсов

АВТОРЕФЕРАТ

на соискание ученой степени кандидата сельскохозяйственных наук

Курск - 1998

Работа выполнена на кафедрах почвоведения и агрохимии, фитопатологии и физиологии растений Курской государственной сельскохозяйственной академии имени профессора И.И. ИВАНОВА в 1995-1998 гг.

Научный руководитель: заслуженный деятель науки РФ,

доктор сельскохозяйственных наук, профессор В.Д. МУХА

Официальные оппоненты: доктор сельскохозяйственных наук

В.П. ГЕРАСИМЕНКО; кандидат сельскохозяйственных наук, доцент С .А. ШУЛЬГА

Ведущая организация: Воронежский государственный аграрный университет

Защита диссертации состоится декабря 1998 г. в

« У^ » часов на заседании диссертационного совета Д. 120.25.01 в Курской государственной сельскохозяйственной академии имени профессора И.И. ИВАНОВА по адресу: 305021, г.Курск, ул. К. Маркса, 70.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Курской государственной сельскохозяйственной академии имени профессора И.И. ИВАНОВА

о кЯЯ&гЖ

Автореферат разослан ^ 1998 г.

Ученый секретарь диссертационного совета, кандидат сельскохозяйственных наук,

доцент --<> В.А. КЛЕЙМЕНОВА

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность проблемы. В современных условиях обеспечение устойчивости производства является важнейшим направлением деятельности специалистов и ученых в области сельского хозяйства.

С 1995 г. принята и реализуется концепция перехода Российской Федерации на модель устойчивого развития, которая предполагает последовательную реализацию трех основополагающих позиций:

- экологизацию хозяйственной деятельности;

- сохранение и восстановление биосферы с усилением ориентации на потребности будущих поколений;

- формирование ноосферы.

Экологизация земледелия России является исходной позицией на пути к модели устойчивого развития. Достижение этого неразрывно связано с созданием рациональных агроэкосистем и, в частности, агропедоценозов (В.Д. Муха, 1979, 1982).

Главным элементом агроценозов является почва, так как ее структура, обеспеченность питательными веществами, содержание гумуса во многом определяют первичную продуктивность сельскохозяйственной экосистемы.

Очевидно, что успешное решение проблемы создания устойчивых агроэкосистем невозможно без учета структурно-функциональной иерархии природного ландшафта, признаваемого в качестве эталона. При этом культурный ландшафт менее устойчив, чем первичный природный, поскольку естественный механизм саморегуляции в нем в той или иной мере нарушен и требуются усилия по его поддержанию.

Анализ функционирующих агроэкосистем проводится сегодня на основе изучения трех групп характеристик:

- распространения видов живых организмов в различных компонентах;

- функциональных свойств - переноса энергии, питательных веществ;

- реакции экосистем на определенные их нарушения (Кроссли, Хауз, Снайдер и др., 1987).

Стремление придать устойчивый характер земледелию побуждает специалистов во всем мире опираться при этом либо на специализацию предприятий, в основе которой повторные посевы каких-либо культур, либо на посевы в севообороте. Имеющийся в этом отношении опыт многообразен и противоречив.

Справедливости ради надо признать, что существующие технологии выращивания сельскохозяйственных культур", в том числе

озимой пшеницы в условиях севооборота, экологически во многом несовершенны.

Для условий товарного земледелия Лесостепи, как показывает рыночная конъюнктура и реальная экономическая практика последних лет, именно производство продовольственного зерна озимой пшеницы является наиболее рентабельным, гарантирует устойчивое материальное благополучие. Однако вопросы экологического состояния почвы, как природного ресурса при производстве сельскохозяйственных растений, в том числе озимой пшеницы, остаются недостаточно изученными.

Цель работы: выявить особенности структурно-функциональной иерархии мезофауны и индикаторные микроорганизмы, характеризующие устойчивость агроценоза чернозема типичного при различных способах выращивания пшеницы.

Задачи исследований:

- изучить состояние мезофауны залежи чернозема типичного и вариантов выращивания озимой пшеницы в зернопаропропашном севообороте и бессменных посевах, в том числе с факторами окультуривания (органические, минеральные удобрения, известь); выявить доминантные группы и индикаторные виды представителей мезофауны чернозема типичного;

- изучить влияние бессменных посевов и севооборота, в том числе с факторами окультуривания, на интенсивность и направленность, характер микробиологических процессов по данным исследования группового состава микрофлоры, общую биологическую активность почвы, наличие и активность индикаторных микроорганизмов;

- установить влияние экологических условий в агроценозе на пораженность озимой пшеницы корневыми гнилями;

- определить направленность изменений содержания гумуса в

черноземе типичном, динамику Са++, Нг , рН почвы, степе-

ни насыщенности почвы основаниями при различных способах выращивания озимой пшеницы;

- оценить токсичность чернозема типичного при различных способах выращивания озимой пшеницы по: биопробам на прорастание семян редиса, показателям динамики развития озимой пшеницы, наличию сорной растительности, пораженности вредителями и болезнями, урожайности культуры.

Научная новизна исследований. Впервые в условиях Лесостепи при выращивании озимой пшеницы изучено значение мезофауны почвы как важнейшего показателя экологического состояния чернозема типичного при разных способах выращивания культуры. Определен вид жужелиц Р1егоз1усЬиз сиргеиэ, который может служить в

качестве индикатора экологического состояния почвы, исследованы индикаторные микроорганизмы Azotobacter chroococcum и Bacillus mycoides с точки зрения возможности их использования для оценки экологического состояния чернозема типичного как альтернативы методу изучения отношения группового состава микроорганизмов (на МПА и КАА). Изучено, что внесение в чернозем типичный средних доз минеральных удобрений (NwPsoKjo) вызывает радикальное изменение соотношения группировок почвенной микрофлоры (на МПА и КАА), выявлена положительная направленность изменений ряда агрохимических характеристик чернозема типичного при выращивании озимой пшеницы в севообороте.

На защиту выносится:

- оценка экологического состояния чернозема типичного по наличию доминантных групп мезофауны и индикаторных видов в агроценозах озимой пшеницы при выращивании бессменно и в севообороте;

оценка направленности процессов минерализации-гумификации по коэффициенту минерализации к (прямого и обратного отношения индикаторных микроорганизмов Azotobacter chroococcum и Bacillus mycoides);

- комплексная характеристика экологических условий (биотест), обеспечивающих снижение пораженности озимой пшеницы корне-вымигнилями.

Практическая значимость:

- предложен способ оценки экологического состояния чернозема типичного на основе анализа структурно-функциональной иерархии мезофауны почвы;

- рекомендованы расчетные коэффициенты минерализации к (прямого и обратного отношения индикаторных микроорганизмов Azotobacter chroococum и Bacillus mycoides) как альтернатива исследованию группового состава микрофлоры почв (на МПА и КАА);

- предложены биотесты экологических условий в агроценозе, приводящих к снижению поражения озимой пшеницы корневыми гнилями.

Объекты исследования. Оценка экологического состояния чернозема типичного проводилась в севообороте и в бессменных посевах стационара ВНИИЗиЗПЭ, по сравнению с залежью.

Апробация работы. Материалы исследований были доложены на научных конференциях ученых Курской ГСХА в 1996, 1997 и 1998 гг.

Публикации. По материалам диссертации опубликовано 4 печатных работы.

Структура н объем диссертации. Диссертация состоит из введения, обзора литературы, собственных исследований, обсуждения

5

полученных результатов, выводов, предложений производству, списка литературы и приложений. Работа изложена на 186 страницах машинописного текста, содержит 30 таблиц, 6 рисунков. Список использованной литературы включает 301 источник, в том числе 63 - иностранных авторов.

РЕЗУЛЬТАТЫ И ОБСУЖДЕНИЕ

1. Оценка экологического состояния чернозема типичного по состоянию мезофауны почвы.

Концепция экологического доминирования Ю. Одума (1980), согласно которой не все виды сообщества играют в экосистеме одинаково важную роль, а лишь некоторые доминирующие, побудила нас на сравнительные исследования структурно-функциональной иерархии мезофауны чернозема типичного в залежи и при различном сельскохозяйственном использовании.

Мы считаем, что мезофауна почвы является одной из наиболее показательных точек спектра при изучении устойчивости экосистем.

Приводимые в дальнейшем результаты исследований состава и численности мезофауны чернозема типичного при разных способах использования получены нами в результате ручной разборки почвенных проб размером 50x50x50 см.

На наш взгляд, особенности структурно-функциональной иерархии мезофауны почвы, проявляющиеся при анализе отобранных почвенных проб, позволяют делать определенные выводы о способе использования данной почвы, диагностировать ее экологическое состояние.

Так, х-руппа жесткокрылых доминирует в варианте залежи и вариантах бессменного (без удобрений и с NwPeoKso) выращивания озимой пшеницы. При этом в залежи отсутствует выраженное доминирование жужелиц среди жесткокрылых - они составляют не более 1/3 от общего числа жуков, а при бессменном выращивании культуры жужелицы среди жесткокрылых составляют подавляющее большинство. То есть, жесткокрылые залежи структурированы, они делят экологическую нишу без подавления видов - конкурентов, в то время как бессменные посевы ведут к нарушению структурно-функциональной иерархии мезофауны, формированию жестко доминирующей группировки жужелиц, принадлежащих одной трофической группе, подавляющей в пределах ниши своих конкурентов.

На наш взгляд, это является прямым свидетельством экологической напряженности в бессменных посевах культуры.

Учитывая, что доминирующими при бессменной культуре озимой пшеницы являются жужелицы рода Pterostychus, а среди них -вид Pterostychus cupreus L, почти не встречающийся в других вари-

6

антах, мы предлагаем считать вид жужелиц Р. сиргеш Ь, индикаторным при оценке состояния экологической напряженности в соответствующем агроценозе.

В севообороте роль жесткокрылых в структуре мезофауны резко снижается, зато стабилизируется и возрастает численность и биологическое значение дождевых червей и многоножек. Мы полагаем, что это реализуется прежде всего в ускорении в почве циклов углерода и азота, комплекса окислительно-восстановительных процессов, с очевидностью влияет на состояние в системе минерализация-гумификация» почвы. Благоприятность вариантов без использования полного минерального удобрений на рост численности дождевых червей очевидна. Очевидно, что выращивание озимой пшеницы в севообороте уже само по себе, в сравнении с бессменным, способствует структурированию мезофауны.

Еще более ярким становится влияние севооборота на структуру мезофауны при использовании двойной дозы органического удобрения (навоза) и кальцийсодержащего соединения в форме извести. Так, в варианте с известью без удобрений резко возрастает численность многоножек, достигая численности дождевых червей, а в наиболее окультуренном варианте - с известью, двойной дозой минерального и органического удобрения мезофауна еще более структурирована - здесь выше, чем в других вариантах, численность дождевых червей, появляются двукрылые, чешуекрылые, а численность жесткокрылых, в том числе жужелиц, совершенно незначительна. Известна почвообразующая роль дождевых червей, а теперь становится известно и о почвообразующей деятельности многоножек, -зернистая структура их копролитов становится своеобразным центром в структурировании чернозема. Важно, что именно внесение кальцийсодержащего соединения создает благоприятные условия для жизнедеятельности многоножек.

Таким образом, очевидно, что в зоогенном распаде органического вещества в черноземе типичном залежи при бессменном с удобрениями и без удобрений выращивании озимой пшеницы весьма велика роль жесткокрылых. Высокая численность муравьев в варианте залежи подтверждает участие их в дерновом почвообразовательном процессе.

Выращивание культуры в севообороте резко снижает значение жесткокрылых в биодинамике почвы, повышая роль дождевых червей и многоножек. Использование извести резко активизирует жизнедеятельность многоножек. Окультуривание чернозема типичного благоприятно проявляется в структурировании мезофауны - в варианте с известью + ^оГво Кво + 2 дозы органического удобрения растет численность дождевых червей, структурированы жесткокрылые, появляются представители новых групп мезофауны. Таким образом,

способ сельскохозяйственного использования чернозема типичного реализуется в структурно-функциональной организации мезофауны.

Существенное значение при этом имеет численность видов мезофауны по вариантам опыта. Так, наибольшее число видов - 11 - в залежи, а наименьшее - 4 - в варианте выращивания озимой пшеницы в севообороте с известью без удобрений.

Нами рассчитаны индексы видового богатства по вариантам опыта (d, по Simpson, 1949).

Абсолютно полярные значения присущи вариантам при бессменном (без NPK и с N«PsoK8o) выращивании культуры и в севообороте с известью без удобрений. Очевидно, это отражает серьезные отличия в экологическом состоянии соответствующим образом используемой почвы.

Наиболее вероятную модель структуры экосистем изображает S - образная кривая, особенно для ненарушенных сообществ. S - образные кривые доминирования - разнообразия в качестве комплексных характеристик для оценки степени отклонений состава мезофауны в агроэкосистемах в сравнении с природной системой залежи показаны на рис. 1.

Чем круче идет кривая, тем сильнее при заданном числе видов проявляется конкурентное исключение и тем ярче выражено доминирование. Напротив, пологая кривая свидетельствует об отсутствии доминирования, подчеркивает выравненность видов в составе мезофауны соответствующей системы.

Мы считаем, что сильно выраженное доминирование при наличии групп фитофагов и хищников в составе мезофауны агроэкоси-стем являются характеристикой их равновесности. И, напротив, большее видовое разнообразие мезофауны одной трофической группы - хищников, отмечаемое нами в вариантах бессменного выращивания озимой пшеницы - является, по нашему мнению, отражением неустойчивости таких систем. Одновидовые системы неустойчивы по своей природе, поскольку в условиях стресса они сильно уязвимы для конкурентов, возбудителей болезней, паразитов, хищников и других факторов, оказывающих отрицательное влияние.

По нашему убеждению, стабильность экосистемы более тесно связана с функциональным, а не структурным разнообразием мезофауны. Проведенный нами сравнительный анализ мезофауны чернозема типичного залежи и вариантов сельскохозяйственного использования свидетельствует:

- численность фитофагов в залежи существенно ниже, чем в условиях анализируемых агроценозов;

Количество видов, шт/м2

1 - залежь

2 - оз. пшеница бессм. без удобрений

3 - оз. пшеница бессменно + МадРвоКво

4 - оз.пшеница в севооб. без ЫРК

5 - оз. пшеница в сев. с И4оР8оК8о+2 дозы орг.уд.

6 - оз пшеница в севооб. с Са++

7 - оз. пшеница в севооб. с Са++ + Ы«Р8оК8о+2 дозы орг.уд.

Рис.1. Кривые доминирования - разнообразия видовой структуры мезофауны чернозема типичного

- индексы видового богатства мезофауны в залежи чернозема заметно выше, чем в условиях агроценозов посевов в севообороте и примерно равны индексам бессменных посевов;

- показатель выравненное™ видов выше в условиях залежи, а в агроценозах нестабилен. Применение извести без удобрений является эффективным инструментом выравнивания видов в составе мезофауны;

- соотношение фитофаги: хищники (паразиты) изменяется приблизительно от 20:80 в залежи чернозема типичного до 50:50 в бессменных посевах и до соотношения 80:20 в условиях агроценозов при использовании факторов окультуривания (известь, органические и минеральные удобрения).

Причем, структурирование видов в составе мезофауны позволяет обеспечить наиболее плавное высвобождение энергии в ходе биологических процессов окисления - восстановления, то есть без резких скачков, присущих неравновесным, «однобоким», - неустойчивым системам. В сообществах мезофауны без структурирования ниш обитания стрессовое воздействие на доминирующую группировку способно привести к радикальной смене сложившегося типа биодинамики с связи с его неустойчивостью.

2. Структура микробного сообщества чернозема типичного при различных способах выращивания озимой пшеницы.

В условиях экологизации современного земледелия определяющее значение приобретает его устойчивость, основой которого является окультуривание почвы.

Основываясь на том, что условия, существующие в почве, в значительной степени определяют природу и количество содержащихся в ней микроорганизмов, в условиях модельного опыта изучалась микробиологическая активность почвенных образцов залежи, инкубированных 7-14-21 день на МПА и КАА и образцов почвы сельскохозяйственного использования чернозема типичного.

Результаты показали, что интенсивность и направленность микробиологических процессов в залежи чернозема типичного - весьмг устойчивые величины. Так, интенсивность микробиологически) процессов изменялась от 52,7 млн шт. в 1 г.а. сухой почвы через 1 неделю инкубирования до 61,3 млн шт. - через 2 недели и до 42,5 мль шт. - через 3 недели инкубирования образца.

Так же устойчива и направленность микробиологических про цессов, представляя ряд в виде 2,4-2,01-2,33, то есть не изменяя« принципиально на протяжении инкубирования.

Такой устойчивой направленности микробиологических про цессов, как в залежи, нет в вариантах с сельскохозяйственным ис пользованием чернозема типичного, - так, при выращивании ози мо " пшеницы к севообороте без МРК и с КлоР?оК8о отмечаются до

10

вольно резкие колебания интенсивности и направленности микробиологических процессов. Бессменные посевы озимой пшеницы, подобно залежи, отличаются довольно стабильной направленностью микробиологических процессов, однако в интенсивности уступают как залежи, так и, в особенности через 21 день инкубирования, - вариантам выращивания озимой пшеницы в севообороте.

При оценке влияние кальцийсодержащего соединения, а также его комбинирования с КадРзоКзо и двумя дозами органического удобрения на состояние микроорганизмов в процессе инкубирования, установлено резкое повышение интенсивности микробиологических процессов, особенно характерное для варианта с известью без удобрений. Двойные дозы удобрений при их комбинировании с кальцийсодержащим соединением, сохраняя высокую в образце почвы микробиологическую активность, обеспечивают известную стабильность этого состояния и тенденцию к благоприятной направленности микробиологических процессов (в пользу микроорганизмов на МПА). То есть, в изучаемом варианте по характеристикам микробиологического состояния проявляются очевидные особенности окультуренного чернозема. Некоторая неустойчивость процессов объясняется влиянием двойной дозы минерального удобрения - она значительна и, похоже, не уравновешивается известью и двумя дозами органического удобрения.

Основываясь на полученных результатах и учитывая, что поиск путей активного регулирования микробиологических процессов почвы в направлении оптимального обеспечения потребностей культивируемых растений не завершен, что целесообразное регулирование микробиологических процессов в почве должно основы-заться на многообразии взаимодействия и изменений микроорганизмов и среды, на учете генетических особенностей исследуемой почвы, мы осуществили модельные исследования микробиологических процессов, используя в качестве контроля - образец чернозема типичного залежи, а вариантов - его комбинирования с факторами окультуривания - мелиорантами (известь, гипс) в дозе 3 т/га - (на ротацию), двойной дозой минеральных удобрений МдоРгоКго и двойной дозой органического удобрения - навоз, 48 т/га (на ротацию севооборота).

Комплексная оценка изученных в модельном опыте вариантов окультуривания залежи чернозема типичного с точки зрения интенсивности и направленности микробиологических процессов при изучении группового состава микрофлоры на МПА и КАА позволяет признать наиболее оптимальным вариант комбинирования образца залежи с кальцийсодержащими соединениями в форме извести и гипса, двойной дозой навоза и полным минеральным удобрением. Интересно, что повышение энергетической емкости соответствую-

11

щего варианта окультуривания совсем не обязательно сопровождается сравнимым повышением интенсивности микробиологических процессов и нет оснований полагать, что стабильность показателя интенсивности микробиологического процесса есть производная от энергетически более емкой совокупности элементов окультуривания - многое определяется еще и целесообразным эффектом синергизма факторов окультуривания образца залежи. С точки зрения минимальной энергетической насыщенности для обеспечения окультуривания залежи наиболее целесообразным следует признать вариант комбинирования без 1^чоР8оКго. Таким образом, выполненные исследования свидетельствуют:

- факторы, применяемые с целью окультуривания чернозема типичного (кальцийсодержащие соединения, полное минеральное удобрение, органическое удобрение (навоз), используемые раздельно, не позволяют достичь желаемого результата;

- комплексное применение факторов окультуривания требует в качестве непременного условия использования органического удобрения и кальцийсодержащего соединения (известь или гипс);

- использование полного минерального удобрения в дозе ЫчоРгоКао оказывается целесообразным при совместном внесении органических удобрений и кальцийсодержащих соединений.

3. Использование индикаторных микроорганизмов для оценки экологического состояния чернозема типичного.

Анализ изученности вопроса об использовании индикаторных микроорганизмов для оценки экологического состояния почвы показывает, что обозначенная проблема пока не разрешена. Нами предложен метод оценки состояния почвы по наличию и соотношению бактерий Аг. сЬгоососсиш н Вас шумнее.

Наличие Аг. сЬгоососсиш изучалось на элективной питательной среде ЭШБИ при раскладывании на ней увлажненных комочков почвы и последующем подсчете комочков обрастания.

Для учета бациллярных форм микробов из среднего образца почвы готовилась почвенная суспензия степени разведения 102.

Полученные результаты представлены в таблице 1.

Очевидно, что количество азотфиксирующих бактерий в варианте выращивания озимой пшеницы в севообороте без ИРК и с кальцийсодержащим соединением без ОТК заметно выше, чем в других вариантах, что свидетельствует о высокой интенсивности минерализации. Азотобактер совсем не обнаруживался в вариантах бессменного выращивания культуры без ЫРК и с удобрениями.

1. Активность индикаторных микроорганизмов и коэффициент минерализации (к)

Варианты опыта Аг. сЬгоосос-сиш, среднее за 1996-1998 гг., % обраст. комочков Вас. шусо1ёез, % от спорооб-раз. микробов среднее за 1996-1998 гг. Интенсивность минерализации, к

Залежь 1,6 8,6 0,2

Сев. без ИРК 43,5 2,0 21,8

Севооборот с М«>Р8оКю+ 2 до- 3,3 2,9 1,1

зы органического удобрения

Сев. с Са++ без 36,3 2,8 13,0

ИРК

Сев. с Са++, 6,0 2,3 2,6

^оРгоКво + 2 до-

зы орг. удобрен.

Показательно, что Вас. туамёез проявляет по отношению к Ах. сИгоососсиш обратно пропорциональную зависимость, что позволило нам предложить расчетный коэффициент к для характеристики влияния способа возделывания культуры на состояние в системе «минерализация - гумификация» исследуемой почвы.

. А

к = —, где В

А - Аг. сИгоососсшп

В - Вас. тусо1с1е8

Расчетный коэффициент минерализации к, представленный графически на основе 100-балльной шкалы, характеризует экологическое состояние чернозема типичного, в частности, преобладание процесса гумусообразования над минерализацией органического вещества в варианте залежи, в вариантах выращивания озимой пшеницы в севообороте с К4оРеоК8о+ 2 дозы органического удобрения и Са++, МадРвоКво + 2 дозы органического удобрения. И, наоборот, варианты выращивания в севообороте без ЫРК и в севообороте с Са++ без МРК показывают преобладание минерализации над гумификацией (рис.2).

к, 100 баллов 25 1-

20-

15-

10-

0

5-

1 2 3 4 5

Варианты

1 - залежь, к = 0,2

2 - озимая пшеница в севообороте, без удобрений, к = 21,7

3 - озимая пшеница в севообороте с К4оРвоКво+2 дозы орг. уд.,

4 - озимая пшеница в севообороте с Са++, без удобрений, к=12,8

5 - озимая пшеница в севообороте с Са++ + К4оР8оКео+2 дозы орг.

Рис.2. Процессы минерализации и гумификации в черноземе типичном (по отношению индикаторных микроорганизмов), к

4. Влияние способа выращивания озимой пшеницы на агрохимические и физико-химические свойства чернозема типичного.

Микробиологический анализ почвы, сколько бы полон он не был, не может всесторонне охарактеризовать состояние почвы, -весьма важны и химические показатели.

Проведенные исследования показали, что:

- бессменное выращивание озимой пшеницы ведет к снижению степени насыщенности чернозема типичного основаниями и кальцием, сужению отношения Са++:М§++ в сравнении с залежью;

- применение полного минерального удобрения в дозе ^оРвоКго, кальцийсодержащего соединения в форме извести и двойной дозы органического удобрения сопровождается стабильным нарастанием степени насыщенности почвы основаниями и кальцием. Отношение Са++:М§++ нарастает, достигая максимального значения в варианте с применением извести без минеральных удобрений;

- рН почвы по вариантам опыта изменяется незначительно, - во всех вариантах она является слабокислой и более низкой, чем в контроле;

к=1,1

уд., к = 2,6

- отношение Собщ: Мщ.г. наиболее широким (18:1) является в варианте бессменного выращивания озимой пшеницы без удобрений, а наиболее узким (15,8:1) - в варианте выращивания культуры в севообороте с известью, полным минеральным удобрением МадРвоКво и двумя дозами навоза. В контроле Собщ: Мщ.г. равно 17:1;

- использование факторов окультуривания способствует некоторому повышению содержания фосфора в соответствующих вариантах в сравнении с контролем и вариантами бессменного выращивания озимой пшеницы.

5. Влияние гидротермнческого реяима сезона н других условий в агроценозе на пораженность озимой пшеницы корневыми гннлямн.

Корневые гнили озимой пшеницы в современных условиях являются постоянным фактором, резко снижающим урожайность и качество зерна в условиях Лесостепи. При оценке агроценоза чернозема типичного, как единой самонастраивающейся системы, четко выявляется соответствие между способностью этой системы противостоять поражениям корневыми гнилямн и рядом диагностируемых в этой системе биотических показателей, например, скоростью разложения целлюлозы, состоянием мезофауны почвы, наличием индикаторных микроорганизмов и т.п. Влияние комплекса биотических факторов на пораженность корневыми гнилями иллюстрируют данные таблицы 2. Влияние этих факторов усиливается или ослабляется в зависимости от абиотических условий. Особенно велико влияние кальцийсодержащего соединения в форме извести. Внесение извести в дозе 3 т/га на ротацию севооборота под сахарную свеклу без ЫРК и в сухие, и во влажные сезоны резко ограничивает пораженность культуры корневой гнилью. Одна из основных причин положительного действия кальцийсодержащих соединений -резкое усиление микробиологической активности почв, то есть активизация биохимических процессов (Муха В.Д., 1984).

Таким образом, наши исследования данного вопроса показали, что:

- высокие значения гидротермического коэффициента сезона -(ГТК) апреля-июня-месяцев - повышают вредоносность корневых гнилей в вариантах выращивания озимой пшеницы без минеральных удобрений; низкие значения ГТК повышают вредоносность в вариантах с полным минеральным удобрением;

- бессменные посевы озимой пшеницы с удобрениями и без удобрений и в сухие, и во влажные сезоны характеризуются большей вредоносностью. Состояние биотических условий показательно при оценке их влияния на пораженность культуры (бкотест). Наиболее устойчивым к поражениям является вариант выращивания озимой

2. Влияние экологических условий на пораженность озимой пшеницы корневой гнилью, стационар ВНИИЗ и ЗПЭ, 1996-98 гг.

Варианты опыта Экологичеасие условия в агроценозе Корневые гнили, %

Интенсивность мик- роб.проц. МПА+КАА, млн. в 1 г а.сух.почвы Численность В.му-в 1 га. сух. почвы, шт Степень обрастания комочков почвы, Агок>Ьас1ег,% Численность микроскопия. грибов в 1 г а. сух. почвы, тыс. шт. Численность жужелиц, шт/мг Я» Яа

Залежь 42,52 1,4-104 1,6 336,0 18,0

Озимая пшеница бессменно безЫРК 39,96 2,6-104 0 136,0 30,0 71,0 32,9

Озимая пшеница бессменно с ^РюКм 33,34 4,8-104 0 64,0 16,0 72,7 35,0

Озимая пшеница в севообороте безНРК 81,88 1,4-104 43,5 245,0 10,0 68,0 29,4

Озимая пшеница в севообороте сЫмРюКм + 2 дозы орг. уд. 49,05 2,4-104 3,3 106,0 4,0 73,2 37,3

Озимая пшеница в севообороте сСа++ 76,58 2,0-104 36,3 36,0 0 45,5 20,0

Озимая ' пшеница в севообороте с Са++ и Ы<оРюКю + 2 дозы орг. УД- 39,32 2,5-104 6,0 248,0 4,0 70,4 35,3

пшеницы в севообороте с известью без минеральных удобрений (3,0 т/га на ротацию севооборота под сахарную свеклу).

ВЫВОДЫ

1. Индикация экологического состояния чернозема типичного на основании исследования структурно-функциональной иерархии мезофауны почвы с использованием кривых доминирования-разнообразия и индексов богатства видов свидетельствует о том, что наибольшей устойчивостью отличается природная экосистема залежи, а также агроценозы чернозема типичного при выращивании озимой пшеницы в севообороте с Са++ без удобрений и с Са++ + NwPsoKso + 2 дозы органического удобрения.

Агроценозы выращивания озимой пшеницы в бессменных посевах характеризуются по состоянию мезофауны как неравновесные, типичные для переходных систем, находящихся в состоянии экологической сукцессии.

2. Индикаторным видом среди представителей насекомых мезофауны чернозема типичного, характеризующим состояние экологической устойчивости в условиях агроэкосистемы бессменного без удобрений выращивания озимой пшеницы, является вид жужелиц Pterostychus cupreus L.

3. Анализ группового состава микрофлоры почвы (на МПА и КАА) по характеристикам интенсивности (МПА+КАА) и направленности (МПА:КАА) микробиологических процессов позволяет утверждать, что в залежи чернозема типичного интенсивность является весьма высокой, а направленность устойчиво обеспечивает процесс гумусонакопления; в агроценозах чернозема при бессменном выращивании озимой пшеницы без удобрений интенсивность процессов заметно ниже, а направленность процессов та же, что и в залежи; применение NwPsoKío здесь не повышает интенсивности процессов, но делает их нестабильными, - растет число микроорганизмов на КАА.

Агроценозы чернозема при выращивания озимой пшеницы в севообороте, способствуя росту интенсивности процессов, не обеспечивают их стабильности, - численность бактерий на КАА преимущественно превышает число бактерий на МПА, то есть происходит минерализация гумуса. Применение извести заметно повышает интенсивность и стабилизирует направленность микробиологических процессов; эта же тенденция, но с меньшей устойчивостью, проявляется в варианте с Са++ + N«P«oKío + 2 дозы органического удобрения - сказывается действие минерального удобрения.

4. Индикаторные микроорганизмы Azotobacter chroococcum и Bacillus mycoides позволяют убедительно и с большей наглядностью

17

оценить экологическое состояние чернозема типичного, чем при использовании группового метода. Применение коэффициента минерализации к (прямого и обратного отношения индикаторных микроорганизмов Аг. сЬгоососсиш : Вас. туоиёез) позволяет проиллюстрировать состояние стабильности - нестабильности в системе "гумификация - минерализация".

5. Выращивание озимой пшеницы в севообороте без удобрений, характеризующееся наибольшей представленностью свободножи-вущих азотфиксаторов Аг. сЬгооссит и наименьшей представленностью грибовидной бациллы - Вас. тусо1с!ез, обеспечивающее максимальное значение расчетного коэффициента к (21,7 балла по 100 -бальной шкале), обеспечивает и максимальную урожайность культуры.

6. Наиболее устойчивым к поражению корневыми гнилями является вариант выращивания озимой пшеницы с кальцийсодерхсащим соединением без удобрений, в чем сказывается благоприятное влияние комплекса экологических условий: высокая интенсивность ыик-робиологичских процессов (МПА + КАА), незначительная численность микроскопических грибов в почве, значительная представленность в почве свободноживущих азотфиксаторов Аг. сЬгоососсиш.

РЕКОМЕНДАЦИИ ПРОИЗВОДСТВУ

1. Для оценки устойчивости экологического состояния пахотного слоя чернозема типичного Лесостепи при сельскохозяйственном использовании предлагаем учитывать индикаторные виды мезофау-ны, в частности, наличие жужелиц Р1его5{усЬиз сиргеиБ Ь в количестве 3,0 экземпляра на 1 м2 и более свидетельствует о неустойчивом экологическом состоянии исследуемого агроценоза.

2. Направленность процессов минерализации-гумификации е черноземе типичном определять, используя значение коэффициента минерализации (к) по 100 - балльной шкале, рассчитывая его по отношению А:Б. Устойчивому экологическому состоянию агроценоза соответствует значение к, близкое единице по 100-балльной шкале.

3. Для снижения пораженное™ растений озимой пшеницы корневыми гнилями предлагаем применять кальцийсодержащие соединения в форме извести или гипса в дозе 3 т/га на ротацию севооборота под сахарную свеклу.

1г

СПИСОК РАБОТ, ОПУБЛИКОВАННЫХ ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИИ

1. Щедрин В.А. Влияние бессменного способа выращивания озимой пшеницы и минеральных удобрений на численность и активность микробных сообществ чернозема (Вопросы современного земледелия: Материалы научной конференции, г. Курск, 12-14 марта 1997 г. Ч.1.).-Курск: Изд-во КГСХА, 1997,- С. 14-16.

2. Щедрин В.А. Влияние способов возделывания озимой пшеницы на структуру микробного сообщества чернозема типичного (Вопросы современного земледелия: Материалы научной конференции, г. Курск, 12-14 марта 1997 г. Ч.З.).-Курск: Изд-во КГСХА, 1997.- С.50-51.

3. Щедрин В.А. Влияние способов возделывания озимой пшеницы на мезофауну агропедоценоза//В кн. Проблемы стабилизации и развития АПК в условиях перехода к рынку. - Научн. труды КГСХА им. проф. И.И. Иванова.- Т.Ю-Курск. Изд-во КГСХА, 1997,- С.120-125.

4. Щедрин В.А. Оценка экологического состояния чернозема типичного по микробиологической активности бактерий - индикаторов IIB кн. Проблемы экономического роста в аграрной экономике региона. - Научн. труды Курской ГСХА. им. проф. И.И, Ивановаг Т.П.- Курск: Изд-во КГСХА, 1998. - С. 186-192.

Формат 60 х 84 1/16. Бумага для множительных аппаратов. Пе-4ать на копировальном аппарате КГСХА. Усл.печ.л. 1,0. Уч.-изд.л. 1,0. Тираж 100 экз.

Текст научной работыДиссертация по географии, кандидата сельскохозяйственных наук, Щедрин, Виктор Алексеевич, Курск

и

/ : У У - Ь / л.' - 3

КУРСКАЯ ГОСУДАРСТВЕННАЯ СЕЛЬСКОХОЗЯЙСТВЕННАЯ АКАДЕМИЯ имени профессора И.И. ИВАНОВА

На правах рукописи

ЩЕДРИН Виктор Алексеевич

ОЦЕНКА ЭКОЛОГИЧЕСКОГО СОСТОЯНИЯ ЧЕРНОЗЕМА ТИПИЧНОГО ЛЕСОСТЕПИ ПРИ РАЗЛИЧНЫХ СПОСОБАХ СЕЛЬСКОХОЗЯЙСТВЕННОГО ИСПОЛЬЗОВАНИЯ

11.00.11 - охрана окружающей среды и рациональное использование природных ресурсов

ДИССЕРТАЦИЯ

на соискание ученой степени кандидата сельскохозяйственных наук

Научный руководитель: заслуженный деятель науки РФ, доктор сельскохозяйственных наук, профессор МУХА В.Д.

Курск - 1998

Оглавление.

Введение 5

Глава 1. Влияние сельскохозяйственного использования на экологическое состояние и плодородие чернозема типичного (краткий обзор литературы). 11

1.1. О единстве холистического и редукционистского подходов как условии комплексного исследования экосистем. 11

1.2. Мезофауна чернозема типичного залежи, бессменного и в севообороте выращивания озимой пшеницы. 15

1.3. Микрофлора почв при выращивании озимой пшеницы в севообороте и бессменных посевах. 19

1.4. Микрофлора почв при использовании органических, минеральных удобрений и извести. 22

1.5. Влияние окультуривания чернозема типичного на почвенное плодородие. 24

1.6. Почвоутомление при различных способах выращивания сельскохозяйственных культур. 26

Глава 2. Характеристика района, программа и методика исследований.

2.1. Почвенные условия. 33

2.2. Климатические условия. 34

2.3. Программа и методика исследований. 39 Результаты исследований.

Глава 3. Экологическое состояние и плодородие чернозема типичного при различных способах сельскохозяйственного использования.

3.1. Индикация экологического состояния чернозема типичного по состоянию мезофауны почвы. 42

3.2. Активность целлюлозоразрушающих микроорганизмов чернозема типичного при различных способах сельскохозяйственного использования. 56

3.3. Влияние гидротермического режима сезона и других условий в агропедоценозе на пораженность озимой пшеницы корневыми гнилями. 61

3.4. Влияние бессменного способа выращивания озимой пшеницы на численность и активность микробных сообществ чернозема типичного. 72

3.5. Влияние применения полного минерального удобрения на комплекс микроорганизмов чернозема типичного. 75

3.6. Структура микробного сообщества чернозема типичного при различных способах возделывания озимой пшеницы. 81

3.7. Моделирование условий для придания культурного характера почвообразовательному процессу в залежи чернозема типичного. 88

3.8. Использование индикаторных микроорганизмов для оценки экологического состояния чернозема типичного. 94

Глава 4. Влияние способа выращивания озимой пшеницы на агрохимические и физико-химические свойства чернозема типичного. 104 Глава 5. Индикация почвоутомления через оценку токсичности почвы методами биологического тестирования. 115

5.1. Оценка токсичности почвы по прорастанию семян редиса. 115

5.2. Оценка токсичности почвы по динамике развития озимой пшеницы. 119

5.3. Токсичность почвы в связи с засоренностью озимой пшеницы. 121

5.4. Пораженность озимой пшеницы вредителями в связи со способом выращивания. 126

5.5. Пораженность озимой пшеницы болезнями в связи со способом выращивания. 128

5.6. Чистая продуктивность фотосинтеза при различных способах выращивания озимой пшеницы. 131

5.7. Урожайность озимой пшеницы как характеристика

устойчивости агроэкосистем. 137

Выводы 142

Рекомендации производству 146

Список использованной литературы 147

Приложения 174

Введение.

Актуальность проблемы. Реальность угрозы экологической катастрофы, осознанная человечеством сегодня, заставляет искать пути гармонизации отношений общества и природы. Решение Конференции ООН по окружающей среде в 1992 г. в Рио-де-Жанейро о создании модели устойчивого развития биосферы - наиболее яркий пример усилий в этом направлении. Следует заметить, что эта позиция была в свое время предвосхищена трудами В. И. Вернадского о ноосфере (1946).

В Российской Федерации стратегия устойчивого развития биосферы получила официальную поддержку на государственном уровне. В "Концепции перехода Российской Федерации на модель устойчивого развития" (1995) предполагается последовательная реализация трех основополагающих позиций:

- экологизация хозяйственной деятельности;

- сохранение и восстановление биосферы с усилением ориентации на потребности будущих поколений;

- формирование ноосферы.

Применительно к сельскохозяйственному производству России экологизация земледелия, то есть приведение его в соответствие с законами экологии, является исходной позицией на пути к модели устойчивого развития.

Достижение этой цели неразрывно связано с созданием рациональных агроэкосистем, и, в частности, агропедоценозов (Муха, 1979, 1982.).Главным элементом агроценозов является почва, так как ее структура, обеспеченность питательными веществами, содержание гумуса во многом определяют первичную продуктивность сельскохозяйственной экосистемы. Очевидно, что успешное решение проблемы создания устойчивых агроэкосистем невозможно без учета структурно-функциональной иерархии природного ландшафта, признаваемого в

качестве эталона. При этом, по мнению В. И. Кирюшина (1996), культурный ландшафт менее устойчив, чем первичный природный, поскольку естественный механизм саморегуляции в нем в той или иной мере нарушен и требуется усилия по его поддержанию. В связи с этим особое значение приобретает задача познания составляющих структурной иерархии с целью эффективного управления природными процессами в агроландшафтах или их регулирования.

В современных условиях анализ функционирующих экосистем проводится на основе изучения трех групп характеристик:

- распространения видов живых организмов в различных компонентах;

- функциональных свойств - переноса энергии, питательных веществ;

- реакции экосистем на определенные их нарушения (Кроссли, Хауз, Снайдер и др., 1987).

Мировая практика свидетельствует о том, что стремление придать устойчивый характер сельскохозяйственному производству побуждает специалистов опираться при этом либо на специализацию предприятий, в основе которой - повторные посевы каких- либо культур, либо на севооборотные посевы.

Многолетний опыт США, Англии, ФРГ, Франции показывает возможность успешной реализации узкой специализации хозяйств на производстве таких культур, как кукуруза, картофель, рожь. Однако,

у

перечень культур, бессменное выращивание которых характеризуется устойчивостью, не имеет длинного ряда, кроме того, требует все возрастающих энергетических затрат для регулирования их устойчивости, и в конечном итоге экологически не безопасно - вот почему в отечественной практике земледелия по-прежнему, несмотря на изменившиеся условия хозяйствования, главенствующую роль играют севообороты. Признанным является то, что и сегодня севообороты продолжают оставаться наиболее доступным и эффективным средством повышения уровня влагообеспеченности и питания растений,

восстановления и повышения плодородия почвы, улучшения физических свойств, поддержания баланса органического вещества, устранения токсичности почвы, защиты ее от разрушения водной и ветровой эрозией, снижения засоренности посевов, предотвращения распространения вредителей и болезней сельскохозяйственных культур, организационно-экологической основой систем земледелия. Справедливости ради надо признать, что существующие технологии выращивания сельскохозяйственных культур, в том числе озимой пшеницы, в условиях севооборота, во многом несовершенны.

Для условий товарного земледелия Лесостепи ЦентральноЧерноземного региона, как показывает экономическая коньюктура и реальная практика последних лет, именно производство продовольственного зерна озимой пшеницы является наиболее рентабельным, гарантирует устойчивое экономическое благополучие. Однако вопросы экологической состоятельности того или иного способа выращивания озимой пшеницы, с использованием различных факторов окультуривания, все еще остаются недостаточно изученными.

Цель работы: выявить особенности структурно-функциональной иерархии мезофауны и индикаторные микроорганизмы, характеризующие устойчивость агроценоза чернозема типичного при различных способах выращивания озимой пшеницы.

Задачи исследований:

- изучить состояние мезофауны залежи чернозема типичного и вариантов выращивания озимой пшеницы в зернопаропропашном севообороте и бессменных посевах, в том числе с факторами окультуривания (органические, минеральные удобрения, известь); выявить доминантные группы и индикаторные виды представителей мезофауны чернозема типичного.

- изучить влияние бессменных посевов и севооборота, в том числе с факторами окультуривания, на интенсивность и направленность, характер микробиологических процессов по данным исследования группового состава микрофлоры, общую биологическую активность почвы, представленность и активность индикаторных микроорганизмов.

- установить влияние экологических условий в агроценозе на пораженность озимой пшеницы корневыми гнилями.

- определить направленность изменений содержания гумуса в черноземе типичном, динамику Са++, Нг+, рН почвы, степени насыщенности почвы основаниями при различных способах выращивания озимой пшеницы

- оценить токсичность чернозема типичного в различных вариантах выращивания озимой пшеницы по биопробам на прорастание семян

редиса, показателям динамики развития культуры озимой пшеницы,

/

наличию сорной растительности, пораженности вредителями и болезнями, урожайности культуры.

Научная новизна исследований. Впервые в условиях Лесостепи при выращивании озимой пшеницы изучено значение мезофауны почвы как важнейшего показателя экологического состояния чернозема типичного при разных способах выращивания культуры. Определен вид жужелиц Р1егоз1ус1ш8 сиргеиБ, который может служить в качестве индикатора экологического состояния почвы, исследованы индикаторные

микроорганизмы Azotobacter chroococcum и Bacillus mycoides с точки зрения возможности их использования для оценки экологического состояния чернозема типичного как альтернативы методу изучения отношения группового состава микроорганизмов, (на МПА и КАА). Изучено, что внесение в чернозем типичный средних доз минеральных удобрений (N^PsoKsoX вызывает радикальные изменения соотношения группировок почвенной микрофлоры (на МПА и КАА), выявлена положительная направленность изменений ряда агрохимических характеристик чернозема типичного при выращивании озимой пшеницы в севообороте.

На защиту выносится:

- оценка экологического состояния в черноземе типичном по наличию доминантных групп мезофауны и индикаторных видов в агроценозах озимой пшеницы при выращивании культуры бессменно и в севообороте;

- оценка направленности процессов минерализации-гумификации по коэффициенту минерализации к (прямого и обратного отношения индикаторных микроорганизмов Azotobacter chroococcum и Bacillus mycoides);

- комплексная характеристика экологических условий (биотест), обеспечивающих снижение пораженности культуры озимой пшеницы корневыми гнилями.

Практическая значимость:

- предложен способ оценки экологического состояния чернозема типичного на основе анализа структурно-функциональной иерархии мезофауны почвы;

- рекомендованый расчетные коэффициенты минерализации к (прямого и обратного отношения индикаторных микроорганизмов

Azotobacter chroococum и Bacillus mycoides) как альтернатива исследованию группового состава микрофлоры почв (на МПА и КАА); - предложены биотесты экологических условий в агроценозе, приводящих к снижению поражения озимой пшеницы корневыми гнилями.

Объекты исследования. Оценка экологического состояния чернозема типичного проводилась в севообороте и в бессменных посевах стационара ВНИИ и ЗПЭ по сравнению с залежью.

Апробация работы. Материалы исследований были доложены на научных конференциях ученых Курской ГСХА в 1996, 1997 и 1998 гг.

Публикации. По материалам диссертации опубликовано 4 печатных работ.

Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, обзора литературы, собственных исследований, обсуждения полученных результатов, выводов, предложений производству, списка литературы и приложений. Работа изложена на 186 страницах машинописного текста, содержит 30 таблиц, 6 рисунков. Список литературы включает 301 источник, в том числе 63 - иностранных авторов.

Глава 1. Влияние сельскохозяйственного использования на экологическое состояние и плодородие чернозема типичного.

1.1. О единстве холистического и редукционистского подходов как условии комплексного исследования экосистем.

В. В. Докучаев (1948) подчеркивал, что при земледельческом использовании территории необходимо иметь в виду... всю единую, цельную и неразделенную природу, а не отрывочные ее части.

Известно, что экология изучает главным образом те системы, уровень которых превышает уровень организма, то есть популяции, сообщества, экосистемы, биомы, биосферу (Одум, 1986). При этом самая крупная и наиболее близкая к идеалу в смысле самообеспечения экологическая система-это биосфера; она включает все живые организмы Земли как единое целое, чтобы поддерживать эту систему в состоянии устойчивого равновесия.

Под экосистемой понимают сообщество популяций и неживую среду, функционирующих совместно, как указывают американские экологи, агроэкосистемы занимают промежуточное положение между природными экосистема (луга, леса) и искусственными (города) -(Одум, 1987).

Важнейшим свойством всякой саморегулируемой системы является способность возвращаться в исходное состояние хотя бы после небольшого отклонения, то есть способность находиться в состоянии устойчивого равновесия. Но такой способностью обладают лишь сложные иерархические системы, то есть внутренне организованные, причем организованность жизни в них поддерживается постоянным, но ступенчатым потоком энергии. Примером иерархических, организованных систем, способных к саморегуляции, являются заповедные участки нетронутой целины или, в крайнем случае, - многолетней залежи.

Эти так называемые климаксные сообщества поддерживают себя неопределенно долго, все внутренние их компоненты уравновешены друг с другом, и они находятся в равновесии с физической средой. В климаксном сообществе в отличие от переходных сообществ годовая продукция и "импорт" уравновешиваются годовым потреблением и "экспортом".

Обычно критерием того, является ли данное сообщество климаксным или нет, служит, по Ю. Одуму (1986), видовой состав живых организмов. Хорошим показателем может служить отношение P/R или другие функциональные критерии (P/R - отношения продукции к дыханию). Полезными считаются также различные статистические оценки: время оборота (в климаксе дольше, чем в серии), индексы сходства и другие показатели устойчивости.

Сельскохозяйственные экосистемы, остающиеся долгое время стабильными, определенно можно рассматривать как климаксы, поскольку в среднем за год "импорт" и продукция уравновешивают "дыхание" и "экспорт" (урожай), и ландшафты при этом из года в год не меняется. Примерами длительного устойчивого состояния являются сельское хозяйство в Голландии и Бельгии и древняя культура риса на Востоке.

Однако, многие системы ведения сельского хозяйства никак нельзя назвать стабильными, так как эти системы подвержены эрозии, выщелачиванию, засолению, нашествиям вредителей, поражению болезнями. Так, по свидетельству Кирюшина В. И. (1996), монокультура не обладает свойствами самоподдержания. Поддержание высокой продуктивности таких систем требует все возрастающих энергетических субсидий.

Сегодня убедительно доказано (Ласло, 1972, Саймон, 1973, Одум, 1980), что интегрированные иерархические системы быстрее возникают из составляющих их частей, чем неиерархические системы, имеющие такое же число элементов; они более пластичны в отношении к нарушениям извне. Вот почему особую ценность приобретает факт того, что в

организованных системах некоторые свойства целого можно предсказать, исходя из свойств его частей - так называемых совокупных свойств и, следовательно, изучение экосистемы поэтому можно начать с любой точки спектра.

В неорганизованных, неиерархических системах такое предсказание представляется невозможным. Правда, и в тех, и в других системах совершенно невозможно предсказать так называемые эмерджентные свойства (Одум, 1986), то есть качественно новые, не вытекающие непосредственно из совокупных свойств экосистемы.

Понятие "эмерджентные свойства" экосистемы происходит из открытого Фейнблменом (БеШЫтап, 1954) правила, согласно которому при объединении нескольких подмножеств в новое множество возникает, меньшей мере, одно новое сво