Концепция продуктивности экосистем: понятия продуктивность экосистем, ее виды. Классификация экосистем по продуктивности

В процессе жизнедеятельности биоценоза создается и расходуется органическое вещество, т. е. соответствующая экосистема обладает определенной продуктивностью биомассы. Биомассу измеряют в единицах массы или выражают количеством энергии, заключенной в тканях.

Понятия «продукция» и «продуктивность» хотя и выражены однокоренными словами, но в экологии (как и в биологии) имеют различный смысл. Продуктивность — это скорость производства биомассы в единицу времени, которую нельзя взвесить, а можно только рассчитать в единицах энергии или накопления органических веществ. В качестве синонима термина «продуктивность» Ю. Одум предложил использовать термин «скорость продуцирования».

Продуктивность экосистемы говорит о ее «богатстве». В богатом или продуктивном сообществе больше организмов, чем в менее продуктивном, хотя иногда бывает и наоборот, когда организмы в продуктивном сообществе быстрее изымаются или «оборачиваются». Так, урожая травы на корню богатого пастбища, выедаемого скотом, может быть гораздо меньше, чем на менее продуктивном пастбище, на которое не выгоняли скот.

Различают также продуктивность текущую и общую. Например, в некоторых конкретных условиях I га соснового леса способен за период своего существования и роста образовать 200 м3 древесной массы — это его общая продуктивность. Однако за один год этот лес создает всего лишь около 2 м3 древесины, что является текущей продуктивностью или годовым приростом.

Первичная продуктивность экосистемы, сообщества или любой их части определяется как скорость, с которой энергия Солнца усваивается организмами-продуцентами (в основном зелеными растениями) в ходе фотосинтеза или химического синтеза (хемопродуцентами). Эта энергия материализуется в виде органических веществ тканей продуцентов.

Принято выделять четыре последовательные ступени (или стадии) процесса производства органического вещества:

валовая первичная продуктивность — общая скорость накопления органических веществ продуцентами (скорость фотосинтеза), включая те, что были израсходованы на дыхание и секреторные функции. Растения напроцессы жизнедеятельности тратят примерно 20% производимой химической энергии;

чистая первичная продуктивность — скорость накопления органических веществ за вычетом тех, что были израсходованы при дыхании и секреции за изучаемый период. Эта энергия может быть использована организмами следующих трофических уровней;

чистая продуктивность сообщества — скорость общего накопления органических веществ, оставшихся после потребления гетеротрофами-консументами (чистая первичная продукция минус потребление гетеротрофами). Она обычно измеряется за какой-то период; например, вегетационный период роста и развития растений или за год в целом;

вторичная продуктивность — скорость накопления энергии консументами. Ее не делят на «валовую» и «чистую», так как консументы потребляют лишь ранее созданные (готовые) питательные вещества, расходуя их на дыхание и секреторные нужды, а остальное превращая в собственные ткани.

Первичная продукция, доступная гетеротрофам, а человек относится именно к ним, составляет максимум 4% от общей энергии Солнца, поступающей к поверхности Земли. Поскольку на каждом трофическом уровне энергия теряется, для всеядных организмов (в том числе и для человека) наиболее эффективный способ извлечения энергии — потребление растительной пищи (вегетарианство). Однако необходимо учитывать также следующее:

- животный белок содержит больше незаменимых аминокислот и лишь некоторые бобовые (например, соя) приближаются к нему по своей ценности;

- растительный белок переваривается труднее, чем животный, из-за необходимости предварительно разрушить жесткие клеточные стенки;

- в ряде экосистем животные добывают пищу на большой территории, где не выгодно выращивать культурные растения (это неплодородные земли, на которых пасутся овцы или северные олени).

Так, у человека около 8% белков ежедневно выводится из организма (с мочой) и вновь синтезируется. Для полноценного питания необходимо сбалансированное поступление аминокислот, подобных тем, что содержатся в тканях животных.

При отсутствии какой-либо важной для организма человек аминокислоты (например, в злаках) при метаболизме усваивается меньшая доля белков. Сочетание в рационе питани. бобовых и зерновых обеспечивает лучшее использование белка, чем при потреблении каждого из этих видов пищи в отдельности.

Принцип континуума

Видовая структура — это количество видов, образующих биоценоз и соотношение их численностей. Точные сведения о числе видов, входящих в тот или иной биоценоз, получить чрезвычайно трудно из-за микроорганизмов, практически не поддающихся учету.

Видовой состав и насыщенность биоценоза зависят от условий среды. На Земле существуют как резко обедненные сообщества полярных пустынь, так и богатейшие сообщества тропических лесов, коралловых рифов и т. п. Самыми богатыми по видовому разнообразию являются биоценозы влажных тропических лесов, в которых одних растений фитоценоза насчитываются сотни видов.

Виды, преобладающие по численности, массе и развитию, называют доминантными (от лат. dominantis — господствующий). Однако среди них выделяют эдификаторы (от лат. edifikator— строитель) — виды, которые своей жизнедеятельностью в наибольшей степени формируют среду обитания, предопределяя существование других организмов. Именно они порождают спектр разнообразия в биоценозе. Так, в еловом лесу доминирует ель, в смешанном — ель, береза и осина, в степи — ковыль и типчак. При этом ель в еловом лесу наряду с доминантностью обладает сильными эдификаторными свойствами, выражающимися в способности затенять почву, создавать кислую среду своими корнями и образовывать специфические подзолистые почвы. Вследствие этого под пологом ели могут жить только тенелюбивые растения. Одновременно с этим в нижнем ярусе елового леса доминантой может быть, например, черника, но эдификатором она не является.

Предваряя обсуждение видовой структуры биоценоза, следует обратить внимание на принцип Л.Г. Раменского (1924) — Г.А. Глизона (1926) или принцип континуума: широкое перекрытие экологических амплитуд и рассредоточенность центров распределения популяций вдоль градиента среды приводят к плавному переходу одного сообщества в другое, поэтому, как правило, не образуют строго фиксированные сообщества.

Принципу континуума Н.Ф. Реймерс противопоставляет принцип биоценотической прерывности: виды формируют экологически определенные системные совокупности — сообщества и биоценозы, отличающиеся от соседних, хотя и сравнительно постепенно в них переходящие.

Потери урожая от вредителей, болезней и сорняков. Мероприятия, направленные на снижение и предотвращение потерь урожая сельскохозяйственных культур.

В различных посевах и на паровых полях, в огородах и в плодовых и древесных насаждениях, на пастбищах и сенокосах наряду с возделываемыми культурами обычно произрастают и вредные растения. Такие растения, засоряющие сельскохозяйственные угодья и наносящие вред сельскохозяйственным культурам, называют сорняками.

Кроме того, посевы одних культур нередко засоряются другими видами культурных растений — засорителями, снижающими качество урожая. Например, в посевах озимой пшеницы можно встретить рожь или ячмень, в посевах яровой пшеницы - овес. Яровые зерновые культуры часто засорены подсолнечником и т. д. При производстве сортовых семян к засорителям относятся все растения того же вида, не принадлежащие к данному сорту.

Система мероприятий по борьбе с сорняками

В систему входят все меры по предупреждению засорения сельскохозяйственных угодий и все виды мероприятий или их часть по уничтожению семенных зачатков и вегетативных органов размножения в почве и вегетирующих сорняков в посевах. В практике часто сочетают механические и фитоценотические меры.

Сочетание механических и фитоценотических мер успешно применяют в борьбе с бодяком полевым. Сущность этого сочетания — систематическая подрезка появляющихся побегов сорняка в паровом поле с последующим угнетением оставшихся жизнеспособных растений стеблестоем озимых колосовых культур. Сочетание механического удаления сорняков с последующим биологическим угнетением широко применяют при возделывании пропашных культур. Результативность такого метода в посевах подсолнечника приближается к действию чистого пара.

Широко используют в производстве сочетание механических и химических мер уничтожения сорняков. Особенно повышается эффект при минимальной обработке почвы. Засоренность посевов ячменя при этом снижается в 2,5 раза и количество семян сорняков в почве уменьшается по сравнению с одной обработкой.

Особенно это полезно в степных районах, где частые механические обработки усиливают ветровую эрозию. Применение гербицидов в паровых полях позволяет предотвратить отрицательные явления.

Сочетание механических, химических и фитоценотических мер в технологии возделываемых культур обеспечивает более полное уничтожение сорных растений, так как их воздействие на сорняки продолжается несколько лет или даже весь период чередования культур в севообороте

Также потери урожая происходят за счет вредителей.

Все методы борьбы с вредителями, включаемые в комплексные системы мероприятий, по характеру их осуществления принято объединять в следующие основные группы: 1) агротехнический метод борьбы; 2) биологический метод; 3) химический метод; 4) физический метод; 5) механический метод; 6) карантин растений.

Сроки их применения, нормы препаратов, а также методика и техника проведения в том или ином частном случае освещаются при изложении способов борьбы с отдельными видами или близкими группами видов насекомых.

Зерновые культуры — основной источник производства наиболее важных продуктов питания для людей, концентрированных и грубых кормов для животных. Во многих случаях зерно используют как сырье для промышленности. Поэтому не удивительно, что проблеме увеличения производства зерна уделяется первостепенное значение.

В повышении урожайности зерновых культур важное место принадлежит борьбе с их болезнями, которые нередко приводят к значительному снижению сбора зерна и ухудшению его качества, а иногда к гибели отдельных площадей посева.

В разных районах нашей страны не все болезни одинаково вредоносны. В одних эколого-географических зонах большую вредоносность проявляют одни болезни, в других — другие.

Мероприятия по борьбе с болезнями

В борьбе с болезнями особое место отводят правильному севообороту и размещению культур в нем, а также осуществлению целого комплекса агроприемов, способствующих повышению устойчивости растений к болезней и развития их.

Наиболее надежным способом борьбы с болезнями всегда следует считать выведение и внедрение в производство устойчивых к болезням сортов.

Система защитных мероприятий предусматривает также охрану от проникновения опасных, ранее не встречавшихся в нашей стране болезни растений.

Экологическая стандартизация

Экологическая стандартизация — активно развивающееся направление нормативно-правового регулирования охраны окружающей среды и природопользования.

Экологические стандарты — это прежде всего нормативно-технические документы, в которых определяются отдельные экологические требования. Кроме того, в экологическом праве тем же термином обозначают ПДК загрязняющих веществ в окружающей среде (воздухе, воде, почве) и ПДУ вредных физических воздействий на ОС.

Экологические стандарты относятся к подзаконным правовым актам.

Кроме специальных стандартов, касающихся вопросов охраны ОС и природопользования, ст. 7 Закона от 10.06.93 № 5154-1 «О стандартизации» предусматривается, что если продукция, работы или услуги, на которые разрабатываются государственные стандарты, касаются вопросов охраны окружающей среды, то такие стандарты должны содержать требования по их безопасности для окружающей среды, жизни и здоровья людей.

Госстандартом РФ в настоящее время разработано и утверждено более 50 отечественных экологических стандартов. Центральным является ГОСТ 17.0.0.01—76 «Система стандартов в области охраны природы и улучшения использования природных ресурсов», введенный в действие еще в 1977 г.

В системе стандартов в области охраны природы (ССОП), представляющей комплекс взаимосвязанных экологических стандартов, используется определенная структура обозначений. Так, цифровой код ГОСТ 17.2.3.02—78 («Охрана природы. Атмосфера. Правила установления допустимых выбросов промышленными предприятиями») означает следующее:

«17» — система ССОП;

«2» — шифр подсистемы (2 — атмосфера);

«3» — шифр направления действия стандарта (3 — правила охраны природы и рационального использования природных ресурсов);

«02» — порядковый номер стандарта в данном направлении;

«78» — год утверждения или пересмотра стандарта.

Промышленно развитые страны первыми ощутили на себе экологические проблемы XX в., выработали и реализовали определенную стратегию управления ОС, т. е. применили экологически ориентированные методы управления. Большой практический опыт, накопленный мировым сообществом в области охраны ОС, стал основой ряда международных стандартов.

Международная организация по стандартизации1 (ИСО), продолжая традиционную для своей деятельности разработку стандартов на методы контроля компонентов биосферы (воздух, вода, почва), в 90-е годы приступила к созданию комплекса международных стандартов на системы экологического управления, а именно стандарты ИСО серии 14000. Для этого в 1993 г. ИСО создала Технический комитет ИСО «Экологическое управление» — ИСО/ТК 207 .

Для использования международного опыта в нашей стране разрабатываются и постановлениями Госстандарта России вводятся в действие отечественные стандарты, представляющие собой аутентичные тексты международных стандартов ИСО серии 14 000. В 1998—2001 гг. в РФ были приняты и введены в действие первые 14 стандартов, в том числе:

- три стандарта по управлению ОС (экологическому менеджменту);

- три стандарта по экологическому аудиту (см. разд. 10.4.8);

четыре стандарта по оценке жизненного цикла продукции (системы услуг) и экологической эффективности;

- три стандарта — экологические этикетки и декларации;

- один стандарт — словарь основных терминов с определениями.

Полное официальное обозначение и название первого из этих стандартов: ГОСТ Р ИСО 14 001-98 «Системы управления окружающей средой. Требования и руководство по применению».

Создание стандартов ИСО серии 14 000 есть результат настоятельной международной необходимости. Их создание еще практически только началось. На первом этапе работы (в ближайшее время) предполагается подготовить 20—30 международных экологических стандартов такого типа.

Методология оценки жизненного цикла пока еще находится на стадии становления и, как признается в самом стандарте, восприимчива для включения в нее новых научных результатов и усовершенствования технологий.

Список литературы

Агроэколоргия. Под ред. В.А. Черникова А.И. Черкесова. М.; Колос 2000г.

Экология. Акимова Т.А., Хаскин В.В. Учебник для ВУЗов – М.; ЮНИТИ 1998г.

Сельскохозяйственная экология. Иволин В.М. учебное пособие. Новочеркесск 1991г.

Экология. Николайкин Н.И. и др. М.; Дрофа 2003

11