363Агроценоз – вечный спутник человека. Он настолько же древний, насколько древнее человеческое общество. Тем не менее эта весомая часть биосферы, увы, до сих пор не поддавалась серьезному изу­чению.
Между тем сейчас именно агроценозы занимают почти половину эколандшафтов, а по геологическому влиянию на биосферные процессы существенно превышают роль природных раститель­ных совокупностей. Именно в связи с гегемонией агроценозов возникли такие угро­жающие явления, как парни­ковый эффект, загрязнение окружающей среды, исчезно­вение многих видов флоры и фауны.(Опубликовано в № 08.2011 г.)

С тех пор, как человек осознал себя и свою роль как преобразователя природы, агроценозы стали постоянным спутником его жизнедеятельности.

Леви Стросс, французский философ

Между тем сейчас именно агроценозы занимают почти половину эколандшафтов, а по геологическому влиянию на биосферные процессы существенно превышают роль природных раститель­ных совокупностей. Именно в связи с гегемонией агроценозов возникли такие угро­жающие явления, как парни­ковый эффект, загрязнение окружающей среды, исчезно­вение многих видов флоры и фауны.(Опубликовано в № 08.2011 г.)

С тех пор, как человек осознал себя и свою роль как преобразователя природы, агроценозы стали постоянным спутником его жизнедеятельности.

Леви Стросс, французский философ

Агроценозы, несомненно, играют весьма важную роль в цивилизационных процессах. И желание авторов разобраться в механизмах синергии человека и природы вызывает восхищение. Однако некоторые их суждения, в частности относительно уникального значения вспашки в повышении плодородия почвы, противоречит нашим убеждениям. Нам не известны мировые примеры повышения содержания органического вещества в почве в результате ее более интенсивной механической обработки, скорее наоборот.

Кроме того, нынешние аграрии не могут позволить себе тратить энергии больше, чем получают ее с урожаем. Но журнал – это не только источник информации, но и некая трибуна мнений. Поэтому даем авторам слово, а заинтересовавшихся приглашаем к дискуссии. Заранее приносим извинения за чрезвычайно научный стиль публикации.

Цивилизации гибли не просто так

Агроценоз – вечный спутник человека. Он настолько же древний, насколько древнее человеческое общество. Тем не менее эта весомая часть биосферы, увы, до сих пор не поддавалась серьезному изу­чению.

Между тем сейчас именно агроценозы занимают почти половину эколандшафтов, а по геологическому влиянию на биосферные процессы существенно превышают роль природных раститель­ных совокупностей. Именно в связи с гегемонией агроценозов возникли такие угро­жающие явления, как парни­ковый эффект, загрязнение окружающей среды, исчезно­вение многих видов флоры и фауны. Однако без агроценозов невозможно даже пред­ставить существование чело­вечества в том количестве, в котором оно сейчас пред­ставлено.

Не углубляясь в историчес­кие примеры создания таких древних цивилизаций, как Месопотамская (Вавилон) или Южноамериканская (Майя), следует все же кон­статировать, что они про­цветали до тех пор, пока на их территории существова­ли искусственные (создан­ные человеческим трудом и им же поддерживаемые) агроценозы. С упадком специфических (построен­ных на ирригации) сезон­ных колебаний уровня рек, с высоким уровнем антропо­генных преобразований существующего природного ландшафта и, что наиболее важно, с огромным и посто­янным добавлением челове­ческой энергии, погибли великие цивилизации, кото­рые через тысячелетия про­несли память о себе как зна­ковые примеры синергизма человека и природы. Следовательно, роль агроценозов насколько важна в отношении позитивного вмешательства в цивилизационные процессы, настоль­ко и опасна по причине пагубного (катастрофического) проявления в биосфе­ре. Очевидно, нужно прове­сти серьезные исследования законов, по которым строят­ся и развиваются агроценозы, найти рычаги, которые побуждали бы эволюцию агроценозов к позитивному (неугрожающему) воздей­ствию на биосферу и суще­ствование человека как тако­вого.

Лишь с появлением систем­ного метода появилась воз­можность вести такие иссле­дования, поскольку он построен на универсальных законах развития нашей пла­неты, в отношении которой агроценозы являются подси­стемой. Ведь по определению Н. Винера, «нельзя изучать, а тем более управлять меха­низмом, который является более сложным в отношении управляющей системы».

zerno.#08.block_100dpi.pdf

1, 3, 6-8 – у клубеньков клевера (увел. в 15000-25000); 2 – люцерны (увел. в 40000); 4 – фасоли (увел. в 25000); 5 – гороха (увел. в 25000)

О хаосе и законах сохранения

Накопленные наукой и прак­тикой знания позволили понять сложный характер связей между элементами неживого органического мира. Биологи установили, что жизненные функции не замыкаются в рамках одного организма, а продолжаются в суперорганизме (популяции, биоценозе, экосистеме, био­сфере).

Системы бывают закрытыми и открытыми. В закрытых системах, которые характер­ны для неорганического мира, идеально действуют законы термодинамики. Здесь наиболее важной осо­бенностью эволюционного процесса является противо­речивое взаимодействие тен­денций двух различных типов – тенденция к стабиль­ности, требующая усиления отрицательных обратных связей, и тенденция к поиску новых, более рациональных способов использования внешних энергии и веще­ства, требующая формирова­ния положительных обрат­ных связей и ограничения стабильности.

Способы решения этих про­тиворечий, то есть структу­ры возникающих компро миссов, могут быть самыми разными. И это обстоятель­ство также в значительной степени влияет на разноо­бразие организационных форм материального мира. Можно дать следующую интерпретацию процессов, протекающих в неживой природе. Тенденции к разру­шению организации и разви­тию хаоса, то есть повыше­нию энтропии, противостоит ряд противоположных тен­денций. Это прежде всего законы сохранения. Но не они одни препятствуют раз­рушению организации. Принцип минимума дисси­пации энергии не только отбирает из тех движений, которые допускаются закона­ми физики (то есть не проти­воречат им), «наиболее эко­номные», но и служит осно­вой метаболизма, то есть способствует процессу воз­никновения структур, кото­рые могут концентрировать окружающую материальную субстанцию, уничтожая тем самым локальную энтропию.

Об агрофитоценозах и эффекте синергии

Основой агроценозов явля­ются культурные растения. Именно они, будучи живыми организмами, образуют системы разных уровней организации: организм, популяция, агрофитоценоз. Кардинальное отличие между живыми и неживыми системами заключается в открытость первых с точки зрения законов термодина­мики. Чем выше степень открытости термодинамиче­ской системы, тем больший круговорот живого веще­ства она обеспечивает (что согласно второму принципу В. И. Вернадского вызывает сохранение биосферы в целом) и тем большую про­изводительность демонстри­рует, но тем меньшую рези­стентность относительно

воздействия внешней (по отношению к ней) среды она имеет. Агроценоз -открытая термодинамичес­кая система, способная к максимальному усвоению внешних энергии и веществ, но не способная длительное время функционировать без вмешательства человека. Даже при дополнительном приложении антропогенной энергии ценоз культурного растения в целом и каждая его особь в частности под влиянием гомеостатических рефлексий стремится пере­строиться в направлении такой сложности генетиче­ской организации, которая соответствует его диким гомеостатических образцам. И, опять-таки, только допол­нительные усилия селекцио­неров и специалистов по семеноводству позволяют длительно поддерживать высокие негэнтропийные свойства сорта. То же касает­ся и повышения резистент­ности к неблагоприятным факторам. У культурного сорта эта устойчивость намного меньше, чем у его диких родственников, и толь­ко химическая защита и высокий искусственно соз­данный агрофон позволяют противостоять стресс-факторам.

Для процесса создания плодородия важен не сам факт наличия микроорганизмов в почве, а  преобладание активных гетеротрофных микроорганизмов над патогенными организмами

Итак, если мы хотим иметь высокий уровень циркуля­ции живого вещества, то есть получать с единицы площади намного больше растениеводческой продук­ции, то должны вкладывать дополнительные ресурсы в этот растениеводческий проект, часто используя на это ископаемые невозобновляемые ресурсы. Вот такая цена за билет на спек­такль цивилизованной жизни с достатком.

Особенность агрофитоценоза заключается также в том, что он позволяет вли­ять на свою структуру (сорт, севооборот, способ обработки) не только дис­кретно, но и перманентно, на основе постоянного мониторинга состояния посева и ухода за ним через фунгицидную, инсектицидную или гербицидную защиту, а также через изме­нение условий питания в зависимости от условий внешней среды. Также воз­можно влияние на режим увлажнения. В дикой при­родной среде жизненные связи поддерживаются на основе саморегуляции, где адаптивная энергия ценоза существенным образом нивелирует негативные аби­огенные и биогенные воз­действия.

Системный метод слишком прост для восприятия, но слишком тяжелый для ана­лиза, так сказать, для выяв­ления его структуры и опре­деления в ней доминирую­щего звена из огромного количества элементов, кото­рые организованы таким образом, что передают и выполняют определенные функции на основе причинно-следственных связей. Но участие в этой линейной передаче импуль­сов принимают не целые звенья, а их части, которые, в свою очередь, синергируют с частями звеньев другого функционала, реализуя таким образом последовательно-параллельный способ пере­дачи. При параллельном включении частей элементов последовательной схемы проявляются эффекты синергии, которые предо­пределяют общую синхро­низацию системы в точках пересечения функционалов. Таким образом, важным требованием исследований на основе системного мето­да является определение доминирующего звена в системных связях, которое является своеобразным девербератором (пульса­ром), обусловливает частоту синхронизации и организо­вывает остальные последовательно -параллельные связи струк­туры.

zerno.#08.block_100dpi.pdf

I – простейшая микроколония (микроагрегат 5-10 мкм),

II – популяционная микроколония бактерий (30-50 мкм);

III – гранула грунта, заселенная популяционными колониями (300-500 мкм); IV – микросообщество (общий диаметр – 0,5-5 лип):

1 – капилляр, заполненный почвенным раствором;

2 – пленка гумусного вещества; 3 – растительный материал;

4 – популяционные колонии микробов;

5 – почвенная минеральная гранула; 6 – пора

Структурные связи в опре­деленном контексте пред­ставляют собой трофиче­скую цепь. Почва – сложный конгломерат неорганично-органического происхожде­ния. Известно, что растения через корневую систему усваивают соли, которые являются продуктом перера­ботки микроорганизмами сложных минеральных сое­динений, а также органиче­ского неживого вещества. Чем больше биоты находит­ся в почве, тем больше про­дуцируется доступных для растений солей. Для процес­са создания плодородия важен не сам факт наличия микроорганизмов в почве, а их количество, точнее, активность и преобладание активных гетеротрофных микроорганизмов над орга­низмами патогенными. На этот процесс существенно влияет один важный фак­тор, на который ранее мало кто обращал внимание. Как известно, минеральной основой почвы являются микрочастицы разного гео­логического происхождения, которые вследствие агрега­ции образуют структуру кристаллитных зерен. Минеральная основа почвы сформирована из продуктов разрушения горной породы и минеральных наносов ветрового, водного и друго­го происхождения. Чем сложнее на микроуровне среда почвенной основы, тем более сложные образу­ются структуры (микро­структуры). Среди них есть и такие, которые вследствие полиморфных превращений продуцируют сложное состояние напряжения (трехосное). Именно в этих точках (локациях) складываются предпосылки для раз­множения автотрофов, которые в анаэробных усло­виях возбуждаются и всту­пают в химадсорбционные процессы жизнедеятельно­сти и размножения. В зоне трехосного напряжения кон­центрируется также водо­род, который поглощается прежде всего автотрофами, благодаря чему деление этих микроорганизмов идет мак­симально интенсивно. Развиваясь на их основе, гетеротрофы принимают участие в образовании еще большего количества органи­ческого вещества, а уже потом, отмирая, стают осно­вой для выцепления солевых фрагментов, доступных для растений. Одновременно гетеротрофы являются пищей для макроорганиз­мов – дождевых червей, кото­рые, потребляя микробиоту, превращают ее в органиче­ское вещество еще большей сложности, что, в свою оче­редь, насыщает почву полез­ными ферментами и други­ми органическими метаболи­тами. Земляные черви важны еще и тем, что перерабатыва­ют попадающие в почву остатки органической массы, превращая их в полуминеральные фрагмен­ты, которые являются почти доступными для кор­невого потребления. Учение о ведущем звене в образо­вании системы принадле­жит русскому ученому П. Анохину. Именно оно проливает свет на структуру пищевой цепи, которая вплетена в механизм выяв­ления плодородия, что, в свою очередь, приводит к новому скачку в трофиче­ских отношениях, а именно перехода от почвенной микро и макробиоты к зеленым растениям, которые являются основой тех цивилизационных процессов, о которых мы уже упоминали.

Что и как влияет на природу связей в почве

Говоря о агрофитоценозах языком системного метода, нельзя обойти тему сорняковых организмов, точнее их группировок и взаимосвязи с ценозами культурных рас­тений, а также энергетиче­ской основы для их сосуще­ствования.

Основой жизненных сил любого ценоза является энергия связей между ним и предыдущим звеном цепи. Под структурой понимают конструкцию, в которой зве­нья подбираются на основе целесообразности с точки зрения предыдущего и последующего элементов путем их подгонки из обой­мы ему подобных. При удач­ном сочетании компонентов такая линеризованная струк­тура как будто квантируется (ее звенья переходят на более высокие дискретные уровни возбуждения, между ними возникают новые дополни­тельные связи, что вызывает оригинальные эффекты, включая аддитивные). Чем сильнее уровень начального напряженного состояния, тем больше будет задейство­вано звеньев трофической цепи, тем больший уровень квантирования происходит среди звеньев и тем большие при этом проявляются эффекты синергии. Собственно, этот начальный энергетический заряд в опре­деленном смысле является ведущим звеном и девербератором одновременно. Именно он задает асимме­тричность будущей системе, то есть уровень ее неуравновешенности, количество ква­зистационарных уровней возбуждения и собственно ее возраст. Отношения в такой системе передаются на осно­ве прямых положительных связей, каждый новый тро­фический уровень завоевывается путем своего рода квантового скачка, и жизнен­ная энергия передается по этим мостикам из узла в узел. А что же происходит в межузловом пространстве? Здесь также кипит жизнь, поэтому энергия может пере­даваться не только прямым импульсным или дискрет­ным способом, но и на осно­ве перепада (разности) потенциалов, причем той разницы, которая имеет место при оттоке прямой энергии. Именно эта раз­ность потенциалов и являет­ся питательной средой гетеротрофов иного рода, так называемых патогенов. Обратный ток является более пролонгированным, когда истощается потенциал начального импульса и откатные периоды начинают доминировать в передаче энергии. Энергия обратного тока является предпосылкой и фактором экологического существования патогенных микроорганизмов. Организмы как организмы, те же гетеротрофы, также потребляют автотрофов, раз­ница заключается лишь в том, что их метаболиты явля­ются ядом для высшего звена в трофической цепи. Но еще страшнее то, что они преры­вают дальнейшую трофическую цепь, со временем пол­ностью замыкая ее на себе. Нечто подобное происходит и среди высших организмов, в частности растений. Злостные сорняки, такие как осот, вьюнок полевой, в диком ценозе не являются доминирующими и занима­ют скромную экологическую нишу. Зато активно прояв­ляют себя на полях, где пере­ходят от более интенсивного способа обработки к менее интенсивному. Последние механизмы являются ключе­выми, с нашей точки зрения, для понимания природы плодородия.

zerno.#08.block_100dpi.pdf

Кристаллическая решетка с дисперсионной средой создают кристаллитное зерно

Для создания максимально­го плодородия почвы необ­ходимо создать в пахотном, точнее, подпахотном слое условия сложного напря­женного состояния, когда массово размножаются автотрофные организмы. Такое сложное состояние напряженности достигается отвальной вспашкой, если ее осуществить в умеренно теплый период года, когда земля находится в состоя­нии физической зрелости. Теплый период нужен для более интенсивного размно­жения автотрофов, а осо­бенно гетеротрофов. Поэтому начало осени ­наиболее удачный период для «пробуждения» отваль­ной вспашкой максималь­ного плодородия почвы. Но не только отвальная вспаш­ка вызывает сложное напряженное состояние в пахотном слое. Не меньшую деформацию, что приводит к напряженности связей в минеральной матрице, сти­мулирует, например, нели­нейный рипер. Двигаясь со скоростью 10 км/ч и более, этот агрегат производит напряженное состояние и поднимает общее плодоро­дие за счет интенсивного размножения почвенной биоты по вышеприведенно­му механизму. После таких обработок почвы мы и получаем вспышку размножения полезной микрофло­ры. Гетеротрофы на основе прямых энергетических инвазий не оставляют ника­кого шанса патогенам, раз­витие растений при таком сценарии является опти­мальным. Мало шансов остается злостным сорня­кам, энергия прямого дей­ствия активно используется культурным растением, а также сорняками, которые не являются злостными, а скорее находятся в синергии с культурными растениями. Иная картина складывается через год и в последующие сезоны, когда вместо вспашки, как основной обработки почвы, применя­ется поверхностный прием обработки, например дискование. Вот на этом фоне упрощения энергетического напряжения в корнеобитаемом слое и начинает доми­нировать потенциал обрат­ного тока энергопередачи, что и стимулирует развитие злостных сорняков. Их эко­логическая ниша макси­мально заполняется, и они становятся доминантами в ценозе.

Итак, системные исследова­ния позволяют по новому взглянуть на природу тро­фических связей, опреде­лить энергетическую основу образования систем в таких сложных вопросах, как агроценоз, пролить свет на роль минеральной основы почвы, ее плодородие, при­роду интенсивного размно­жения полезной микрофло­ры и причины распростра­нения патогенных организ­мов. Все это вместе позво­ляет скорректировать стра­тегию агрономической дея­тельности таким образом, чтобы в конкретных почвенно-климатических условиях вводить те техно­логические приемы, кото­рые мобилизуют актив­ность почвы в направлении максимального выявления плодородия, а значит, при меньших затратах получать больший урожай растение­водческой продукции.

Александр Бовсуновский,

руководитель департамента агротехнологий, кандидат с.-х. наук

Сергей Чорный,

руководитель проектов и программ

Сергей Вялый,

руководитель отдела средств защиты растений, кандидат с.-х. наук