Факультет заочного образования
1.
Какие проблемы изучает и решает наука экология? Задачи по охране окружающей
среды и рациональному использованию природных ресурсов, возникающие в
сельскохозяйственном производстве
Экология (от греч. oikos - дом и logos - наука) в буквальном смысле наука о местообитании. Существует много определений экологии как науки, однако подавляющее большинство современных исследователей считает, что экология - это наука, изучающая условия существования живых организмов и взаимосвязи между организмами и средой, в которой они обитают.
Специфическая задача экологии состоит в изучении живой природы на уровне экологических систем, поэтому основным и ведущим ее разделом следует считать синэкологию (биоценологию), т.е. учение о сообществах растений, животных и микроорганизмов в их взаимодействии друг с другом и с неорганической средой обитания. В настоящее время биоценология переросла в науку об экосистемах, которую применительно к биоценозам суши обычно называют биогеоценологией.
Компоненты биоценоза и их абиотическое окружение настолько связаны между собой, что образуют единство, для которого английский ботаник А.Г. Тенсли в 1935 г. предложил термин «экосистема»; в современной экологии соответствующий раздел называется учением об экосистемах. В отечественной и немецкой литературе распространено представление о биогеоценозе, введенное академиком В. Н. Сукачевым: биогеоценоз - единство биоценоза и биотопа, приуроченного к определенному участку земной поверхности, тогда как экосистема - более широкое понятие.
Изучение биоценозов (биогеоценозов) включает несколько аспектов:
структурный - доминирование, видовое разнообразие, видовая насыщенность, соотношение приспособительных типов и др.;
хорологический - пространственное распространение ценозов, их структура в зависимости от общих климатических, зонально-поясных, ландшафтных и региональных особенностей среды;
сукцессионно-динамический - циклические и необратимые процессы, обусловленные изменениями среды как в результате взаимоотношений внутри ценоза, так и под влиянием антропогенных воздействий;
функционально-ценотический - трофические, симбиотические, антибиотические, конкурентные и другие отношения, средообразующая деятельность и т.д.;
энергетический - трофические уровни, поток энергии, формирование биологической продуктивности;
биогеохимический - механизмы круговорота веществ в биогеоценозе.
Тематика экологии часто пересекается с тематикой других отраслей биологии: физиологии, генетики, биофизики, теории эволюции и т.д. Это определяет формирование множества промежуточных и синтетических направлений, таких как экологическая физиология, цитоэкология, продукционно-энергетическая экология, эволюционная экология и др. Некоторые изучаемые экологией вопросы, например установление форм внутрипопуляционных и межвидовых отношений, имеют огромное значение для понимания механизмов эволюции и для селекции. Отбор - явление экологическое, так как представляет собой процесс преобразований вида. Исследования, проводимые в пограничной между экологией и физиологией областях, необходимы для решения таких актуальных задач, как выяснение механизмов адаптации к разным условиям, в том числе экстремальным - холоду, сухости, снижению гравитации и т.д.
Экология тесно переплетается и с небиологическими науками - химией, физикой, геологией, географией и др. Связь экологии с физико географическими и геофизическими проблемами особенно наглядна в гидробиологии: изучение совокупности организмов, населяющих толщу воды и дно, ведется совместно с исследованиями различных физических факторов воды, приливно-отливных явлений, циркуляции водных масс и др.
Наконец, экология тесно соприкасается с космонавтикой, так как жизнеобеспечение в условиях длительного космического полета - это чисто экологическая проблема.
Таким образом, достижения экологии служат фундаментом для решения ряда актуальных задач современности. Все больше ученых мира склоняются к мнению, что экология - одна из важнейших наук будущего. Экологические принципы постепенно пронизывают все более широкий круг проблем науки и производства. В частности, с данными, полученными экологией, тесно смыкаются такие проблемы, как управление крупными, полностью автоматизированными производственными объединениями или создание мощных кондиционированных систем жизнеобеспечения на предприятиях с участием большого числа людей. Здесь могут быть использованы многие принципы и механизмы, действующие в природе, например принципы обратной связи и доминантности, принципы множественного обеспечения надежности и соотношения лабильности и стабильности и т.д. Не случайно экологией в последнее время стали интересоваться представители таких далеких от биологии специальностей, как архитектура и строительство. Уже возникли новые научные направления инженерная экология, экология градостроительства.
Причастность экологии к решению практических проблем связана с тем, что само понятие «экология» становится все более неопределенным, так как его распространяют на самые различные сферы человеческой деятельности. Все чаще встречается трактовка экологии как синтетической науки. В то же время, как пишет академик А. Ф.Алимов (1989), «вряд ли правильно говорить о синтетической науке в отличие от синтетических материалов, также трудно представить междисциплинарную науку». Представляется правомерным предложенное тем же автором выделение специальной дисциплины «Социоэкология» (энвайронментология), которая, используя общие законы экологии, будет заниматься количественной оценкой взаимодействия человеческого общества с природными экосистемами. В таком случае сохранится значение экологии как сугубо биологической науки, исследующей структуру и функционирование систем надорганизменного уровня в естественных и измененных условиях, что не исключает, естественно, формирования частных синтетических направлений, связанных с решением различных задач.
Имеется несколько кардинальных проблем, в которых фокусируются основные направления и разделы современной экологии. Успехи в их решении в значительной мере определяют прогресс всей экологии, и поэтому на их изучение должны быть направлены усилия в первую очередь.
Особое значение приобретают вопросы, связанные со способами приспособлений популяций к крайним условиям, например, если изучаются биоценозы суши, адаптации к холоду, сухости, высоким температурам. Результатами таких исследований обусловлены успехи освоения человеком экстремальных ландшафтов - арктических, пустынных, высокогорных и т.д.
Регуляция численности популяций. Эта проблема лежит в основе разработки комплекса мероприятий, направленных на управление динамикой численности вредителей сельского и лесного хозяйства, переносчиков болезней человека и сельскохозяйственных животных, а также численности промысловых и разводимых видов. Оптимизация вылова рыбы, исключающая нарушения структуры популяций, невозможна без теории рыбного промысла, которая должна опираться на результаты детального изучения закономерностей роста, развития рыб определенных видов, размерно-весового состава популяций, индивидуальной и возрастной плодовитости в зависимости от условий среды обитания, а также влияния промысла на запасы рыб и условий их воспроизводства. Грамотный промысел требует грамотных экологов, а теория промысла служит основой для составления долгосрочных прогнозов. При высокой начальной интенсивности промысла улов сайки через 25 лет ниже, чем при минимальных начальных размерах вылова. Кроме того, его динамика мало зависит от размера ячеи сетей.
Один из главных для современного сельского хозяйства вопросов заключается в разработке системы мероприятий, обеспечивающих минимум применения химических средств борьбы с вредителями путем всемерного развития и совершенствования биологических методов. Синтетическая теория динамики численности популяций может служить основой для многих мероприятий в направлении осуществления интегрированной борьбы с вредителями.
Управление продукционными процессами. Решение этой проблемы лежит в основе мероприятий, направленных на рационализацию использования биологических ресурсов. Сюда входят вопросы количественной характеристики энергетического потока на разных трофических уровнях: во-первых, фотосинтез и формирование первичной продукции, во-вторых, утилизация гетеротрофами энергии, полученной от первого трофического уровня, и, наконец, образование вторичной продукции. Кроме того, эта проблема включает следующие моменты: интенсивность прироста и траты на метаболизм; продукционная эффективность различных звеньев пищевых цепей; факторы, влияющие на направление продукционного процесса, роль структуры сообщества в продукционно-энергетических отношениях и др.
В комплекс экологических исследований по этой проблеме должны также входить такие вопросы, как поддержание плодородия почвы, эффективность различных типов удобрений, рациональное размещение посевов и оптимизация режима возделывания почвы, предусматривающие не только получение высокого урожая, но и длительное сохранение плодородия и стабильности почвенных процессов, а также предохранение земель от истощения, эрозии. Сходный в принципе круг вопросов встает и в связи с необходимостью сохранения продуктивности моря и внутренних вод.
Устойчивость природных и антропогенных ценозов. Эта проблема связана с теорией сукцессии, с вопросами видового разнообразия и специфики ценотических отношений. В перспективе - сознательное размещение человеком устойчивых и неустойчивых экосистем в оптимальном сочетании, использование регуляторных механизмов в агроценозах. Такие исследования позволят в будущем создавать принципиально новые структурные единицы биосферы - природно-хозяйственные экосистемы, в которых должны преобладать черты устойчивости, стабильности, максимальной эффективности продукционного процесса.
Экологическая индикация. Сюда входит чрезвычайно широкий круг вопросов как теоретических, так и тесно связанных с нуждами различных отраслей промышленности, сельского хозяйства, морского промысла, а также с необходимостью сохранения среды обитания человека.
Задачи экологической индикации - определение свойств
тех или иных компонентов ландшафта и установление направления их изменений по
видовому составу обитающих в данных условиях организмов. Экологическая
индикация широко используется для диагностики типов почв и установления
направления изменений почвообразовательного процесса, для определения качества
воды и воздуха, поиска полезных ископаемых, особенно рассеянных, не обнаруживаемых
с помощью, обычных геологических и геофизических методов. Современная экология
представляет собой обширный комплекс научных направлений, использующих огромный
арсенал научных методов и технических средств исследования. Причастность
экологии к решению острейших проблем современности - основа для рождения новых
направлений и подходов на стыке экологии с различными научными дисциплинами.
Взаимоотношение экологии с широким спектром частных и специальных дисциплин
можно образно представить в виде «...»экологического цветка», в центре которого
находится общая экология - наука о законах взаимоотношений организмов и условий
среды. Лепестки цветка - это науки, посвященные конкретным объектам»
2. Рыхление и прикатывание, их влияние на строение пахотного слоя
Прикатывание почвы позволяет уплотнить, выровнять поверхность поля. Прикатывание почвы проводят гладкими, кольчатыми и рубчатыми катками. После прикатывания увеличивается капиллярная скважность почвы, что способствует притоку влаги к семенам и разложению запаханных органических удобрений. Часто в одном агрегате с катком применяют легкие бороны, разрыхляющие самый верхний слой почвы для уменьшения испарения.
Рыхление почвы
После обильного полива на поверхности почвы, особенно с плохой структурой, образуется корка. Это приводит к иссушению почвы, затрудняет доступ воздуха к корням. На больших площадях используют культиваторы, на небольших - ручные инструменты. Рыхление сочетают с прополкой сорняков, а иногда и с подкормкой минеральными удобрениями <#"811958.files/image001.gif">
Рис. Схема водного баланса при водном режиме непромывного типа (по А. А. Роде):
- влага осадков, задерживаемая кронами; 2-физическое
испарение и транспирация травяным покровом; 3- транспирация древесным пологом
Регулирование водного режима почв. Комплекс мероприятий по регулированию водного режима почв проводят для устранения неблагоприятных условий водоснабжения растений. Его разрабатывают с учетом конкретных почвенно-климатических условий.
Болотные почвы <http://www.zoodrug.ru/topic3509.html> требуют осушительных мероприятий путем устройства открытого или закрытого дренажа. Минеральные гидроморфные (заболоченные) почвы, в которых наблюдается длительный застой воды, затрудняющий или исключающий рост и развитие сельскохозяйственных культур, также подлежат осушению. Однако эти почвы можно использовать в сельском и лесном хозяйстве без дренажа, если они находятся на начальном этапе проявления признаков гидроморфизма. Водный режим почв с временным избыточным увлажнением регулируют такими агротехническими приемами, как гребневание, бороздование, выравнивание поверхности почвы и нивелировка микро- и мезопонижений, в которых застаивается вода, и др. При создании глубокого пахотного слоя, рыхлении подпахотного горизонта увеличивается влагоемкость и улучшаются водный, воздушный и питательный режимы в корнеобитаемом слое.
В условиях недостаточного увлажнения применяют различные мероприятия, направленные на накопление, сохранение и рациональное использование влаги в почве. Эффективный способ влагонакопления - задержание снега и талых вод. Лесные полосы, кулисные растения, стерня, валы из снега предохраняют снег от сдувания в зимнее время, увеличивают запасы влаги в почве. Полезащитные лесные полосы также уменьшают испарение влаги с поверхности почвы. Вспашка поперек склона, обваловывание, лункование, прерывистое бороздование и другие приемы способствуют уменьшению поверхностного стока воды. Для снижения физического испарения применяют поверхностное рыхление почвы весной. При бороновании происходит разрыв почвенных капилляров, что обеспечивает «закрытие» влаги и сохранение ее в корнеобитаемом слое.
Основной способ улучшения водного режима в засушливых зонах - орошение. Наряду с регулярным орошением поверхностным, подпочвенным способами и дождеванием большое значение имеют приемы разового лиманного и паводкового орошения, а также влагозарядковые поливы. В каждой природной зоне должен быть дифференцированный подход к выбору способов по регулированию водного режима почв. При этом следует учитывать особенности возделываемых культур. Разные растения для образования единицыорганического вещества <http://www.zoodrug.ru/topic3547.html> требуют различное количество воды, то есть они обладают разным <http://www.zoodrug.ru/tema21.html>транспирационным коэффициентом, который показывает, какое количество воды необходимо для создания единицы сухого вещества. В зависимости от условий влажности он выражается следующими показателями: просо - 270...300, ячмень - 380...500, пшеница - 340...620, овес- 350...660, рожь - 380...700, картофель - 280...450, сахарная свекла - 300...1500, люцерна - 510...1100.