Принципи функціонування агроекосистем та роль мінеральних добрив у їх забезпеченні

Новітні досягнення сільськогосподарської науки свідчать про те, що системи застосування добрив (СЗД) мають розробляти­ся, виходячи з нових визначень і уявлень про екосистеми (ЕС), агроекосистеми (АЕС) і системи землеробства (СЗ), надзвичайно складний зв'язок між якими здійснюється через взаємодію їх окремих елементів.

Вплив землеробської діяльності на природну екосистему надає їй но­вого функціонального стану, властивого АЕС. Внаслідок освоєння природних територій поступово змінюється кількісний вираз структури ре­човинно-енергетичних струменів. Тому систему землеробства слід розгля­дати як комплекс прийомів і методів розподілу та використання природних і антропогенних енергетичних ресурсів з метою утворення оптимальних умов для зв'язування сонячної енергії агроекосистемою в формі органічної речовини екологічно доцільної кількості та якості.

Таке визначення відбиває діалектичний зв'язок АЕС і СЗ. Ос­тання, діючи на грунт, організми та атмосферу (складові елементи АЕС), зумовлює режим функціонування, її стійкість і рівень про­дуктивності. В свою чергу, АЕС визначає СЗ, склад та вміст її еле­ментів. Але до цього часу жодна СЗ, як і СЗД, не мали екологічної оцінки, а лише агроекономічне обгрунтування.

Нині такий підхід не є науковим. За умов глобаль­ного погіршення агроекологічної ситуації виникла потреба в обо­в'язковій екологічній оцінці СЗ. Сьогодні все частіше наголошується на збитках, спричинених природі землеробством. До цього, зокрема, призводить переудобрення або неудобрення грунту, розпилення і пере­ущільнення його потужною технікою, зрошення і осушення землі там, де робити цього не варто, руйнування природних рослинних сукцесій і створення на їх місці сумного одноманіття монокультури.

Можливі надзвичайно важкі екологічні наслідки землеробства, нині визначаються ступенем його інтенсифікації. За оцінкою ук­раїнських і німецьких вчених, 20 % забруднення навколишнього сере­довища дає сільське господарство.

При проведенні екологічної оцінки СЗ необхідно звертати увагу на два основні показники:

1) обсяг використання енергії потенційної ро­дючості (не повинен перевищувати допустимого рівня, коли АЕС втрачає стійкість і знижує продуктивність);

2) відчуження енергії ефективної родючості (не повинно перевищувати компенсацію за рахунок антропогенних вкладень).

СЗ, в тому числі й СЗД, вирішує двоєдину задачу — створює умови використання і водночас формує ґрунтову родючість.

Слід зауважити, що сучасне поняття родючості істотно відріз­няється від традиційного. Під родючістю пропонується розуміти здатність грунту в конкретних умовах забезпечувати оптимальний режим зв'я­зування сонячної (світлової) енергії рослинами.

Тому родючість поділяється на потенційну і ефективну. (див. розд. 2). Потенційна родючість характеризує енергетичний потенціал грунту, здатний максимально виявлятися в оптимальних для фотосинтезу умовах. Оцінюють її за інтенсивністю зв'язування (світ­лової) енергії системою "грунт — рослина" в оптимальних для фото­синтезу умовах. Ефективна родючість характеризується ступенем прояву потенційної родючості в конкретних умовах і оцінюється за показни­ком інтенсивності зв'язування енергії в системі "грунт-рослина" в конкретних умовах навколишнього середовища.

Ступінь реалізації потенційної родючості відображує співвідно­шення показників інтенсивності зв'язування енергії за звичайних і оптимальних умов.

Добре відомо, що функціонування АЕС відбувається за закона­ми збереження і перетворення енергії. Тому наукове обгрунтування прийомів і способів регулювання родючості грунту і отримання оптимальної кількості сільгосппродукції повинно базуватися на за­кономірностях трансформації енергії і речовин в АЕС з урахуван­ням взаємозв'язку останньої з системою землеробства. Але для цього потрібно переглянути відомі сільськогосподарській науці за­кони, виявити нові або знайти місце тим, що раніше були добре відомі, але використовувалися безсистемно.

Оптимальний режим функціонування АЕС створюється внаслідок дії комплексу прийомів СЗ на грунт, рослини, приземний шар атмосфери. При цьому змінюється енергопотенціал системи або умови його реалізації. Тому, плануючи застосування тих чи інших заходів, необхідно передбачати наслідки їх застосування, вплив на стійкість і стабільність функціонування АЕС. Від цього залежить надійність АПК, а також екологічне благополуччя сільськогосподарських територій, у зв'язку з чим необхідно навести сучасне формулювання понять, оскільки стійкість землеробства залежить від стійкості функціонування АЕС.

Отже, стійкість АЕС — це її здатність відновлювати запрограмовану еволюцією продуктивність на одиницю сукупного енергоресурсу.

Під стабільністю слід розуміти здатність АЕС безмежно тривалий час зберігати стійкість за існуючих умов.

Надзвичайно велике значення вказаних властивостей полягає в то­му, що під впливом СЗ функціонування АЕС переводиться на інший режим енергетичного рівня, тривалість якого обумовлюється системою землеробства.

Одним з найважливіших компонентів АЕС є рослинність. Адап­тивне землеробство (АЗ) базується на принципі максимальної відповідності рослин середовищу, в якому їх вирощують. Другий можливий шлях АЗ грунтується на статистичній моделі грунту, ко­ли його параметри доводяться до оптимального рівня без урахуван­ня вимог конкретної рослини. Звідси випливає перший екологічний закон землеробства - "будь-яка сільськогосподарська культура повинна вирощуватися в умовах, до яких вона екологічно найбільш пристосована".

Коло прийомів антропогенного впливу на АЕС величезне. Але нормативи, що регламентують характер і міру впливу на стійкість і стабільність АЕС, поки що недостатньо обгрунтовані. Внаслідок ведення землеробства на інтуїтивній основі виникли такі негативні явища, як підкислення ґрунтового середовища завдяки застосуван­ню мінеральних добрив, порушення вбірного комплексу, забруд­нення ґрунтових вод тощо.

Обробіток грунту з використанням важких сільськогосподарських ма­шин і знарядь, осушення і зрошення земель, призвели до переущільнення грунтів, деградації агрономічно цінної структури, підтоплення, засолення, інтенсивного розвитку ерозійних процесів, що погіршило їх водно-повітряний режим, умови мінерального живлення рослин, виявило про­дуктивність агрофітоценозів та якість рослинної продукції.

Зазначені негативні явища є наслідком ігнорування другого еко­логічного закону землеробства — "антропогенні дії на грунт, рослини, навколишню атмо- і гідросферу неповинні перевищувати межі, за якою знижується продуктивність АЕС, порушується стійкість і стабільність її функціонування".

Питання стратегії і тактики впливу людини на елементи АЕС за­слуговують на особливу увагу. Не можна широко впроваджувати хімізацію там, де не проведена меліорація земель і не освоєні сівозміни. Не доцільно використовувати сорти інтенсивного типу, ко­ли недостатньо мінеральних добрив і засобів захисту рослин. Марно вдаватися до додаткового зрошення при низькому рівні агротехніки.

Адже все це порушуватиме третій екологічний закон - "підвищення продуктивності АЕС має бути забезпечено лише синхронним удосконален­ням всіх її елементів під дією системи землеробства".

Крім екологічних законів, які умовно можна вважати законами першого порядку, систему удобрення сільськогосподарських культур в землеробстві слід також будувати, спираючись на низку добре відомих законів фізіології рослин, агрохімії, інших галузей науки. До них нале­жать: 1) закон взаємообумовленості; 2) закон рівнозначності факторів життя; 3) закон незмінності факторів розвитку рослин; 4) закон міні­муму, оптимуму і максимуму; 5) закон повернення в грунт поживних речовин, відчужених з урожаєм і втрачених іншими шляхами (дені­трифікація, ерозія тощо). .

З екологічної точки зору значення закону повернення важко пере­оцінити. Його порушення або суворе дотримання при веденні земле­робства формує відповідний стан біодинамічної рівноваги, визначає напрям розвитку агроекологічної ситуації. На ньому базуються розроб­ки збалансованих систем удобрення, а збалансованість — це перша ознака їх екологізації. Закон повернення сьогодні набув ще більшої ваги - він має безпосереднє відношення до біотичного кругообігу речовин, балансу біофільних елементів.

Звичайно кругообіг та баланс поживних речовин мають спрямовувати­ся на ефективне функціонування АЕС, коли частково втрачені ними вла­стивості - замкненість, саморегулювання і стійкість — постійно підтримуються в них з боку антропогенних факторів, причому у поступово зростаючих розмірах - аж до ступеня інтенсифікації землеробства. Ігнорування вказаного принципу призведе до деградації спочатку окремих компонентів, а згодом і АЕС в цілому. Як уже зазначалося, насамперед деградує грунт через втрату органічної речовини, поживних елементів, погіршення фізичних властивостей і просто руйнування. Для його збереження необхідно забезпечити позитивний баланс гумусу і по­живних елементів, застосовуючи комплекс відповідних прийомів і заходів, спрямованих на досягнення оптимального (екологічно до­цільного) співвідношення природних і антропогенних ресурсів, що використовуються при веденні землеробства за конкретних умов.

Істотна різниця у факторній структурі формування продуктивності сільськогосподарських культур при екстенсивній та інтенсивній техно­логіях вирощування зумовлена характерними для них інтенсивністю і спрямуванням процесів трансформації речовин, енергії.

На рис. 14.5 показано, що найбільш дійовим фактором підвищення вро­жайності сільськогосподарських культур за умов інтенсивних технологій є добрива. Вони найефективніше регулюють не тільки поживний режим, а й інтенсивність та об'єм малого біологічного кругообігу речовин і енергі, який порушується внаслідок відчуження їх з урожаєм.

Сучасні принципи застосування мінеральних добрив лише деякою мірою враховують закономірності кругообігу речовин в АЕС. До цього часу процеси трансформації енергії практично не аналізуються. Складність проблеми в тому, що процеси функціонування АЕС осно­вані на законах збереження та перетворення енергії.

Рис.14.5. Питома вага факторів у створенні урожаю зернових культур:

1- до інтенсивного виробництва; 2- після освоєння інтенсивної технології.