Лекция 1 ИСТОРИЯ РАЗВИТИЯ И ОТРАСЛИ ЭКОЛОГИИ. СЕЛЬСКОХОЗЯЙСТВЕННАЯ ЭКОЛОГИЯ КАК НАУЧНАЯ ОСНОВА АГРАРНОГО ПРОИЗВОДСТВА

В настоящее время экология является одной из бурно развивающихся биологических и сельскохозяйственных наук. Термин «экология» впервые использовал немецкий биолог Эрнст Геккель в 1866 году, в своей книге «Всеобщая морфология организмов», где он дал свое определение экологии, как науке: «…это познание экономики природы, одновременное исследование всех взаимоотношений живого с органическими и неорганическими компонентами среды, включая непременно неантоганистические и антоганистические взаимоотношения растений и животных, контактирующих друг с другом». Э.Геккель относил экологию к биологическим наукам и наукам о природе. Основное направление, сформулированное Э.Геккелем, соответствует современному пониманию аутэкологии – экологии отдельных видов.

Несмотря на то, что термин «экология» был введен только в XIX веке, проведение экологических исследований было начато задолго до появления этого термина. Изначально экологические знания были составной частью таких наук как биология, география, химия, физика. В истории развития экологии можно выделить три основных этапа.

1. Зарождение и становление экологии как науки

(…– до 60-х г.г. XIX века)

На этом этапе накапливались данные о взаимосвязи организмов со средой их обитания, делались первые научные обобщения.

Например, в трудах древнегреческих ученых рассматривались вопросы строения живых организмов, значение среды обитания в их жизни. Аристотель (384–322 г.г. до н.э.). В работе «История животных» рассматривал такие вопросы как приуроченность организмов к местам обитания, одиночная или стайная жизнь, различия в питании. Теофраст (372–287 г.г. до н.э.) – ученик Аристотеля, основоположник географии растений. В «Истории растений» отмечал зависимость растительного покрова от климата и почв.

В средневековье развитие науки в значительной степени сдерживала церковь. Научные исследования сделались невозможными – содержание Библии было провозглашено основой всякого знания, не подвергаемой сомнениям. Научные достижения античного мира постепенно предавались забвению. Становлению научного мировоззрения способствовала Эпоха Возрождения. Ей соответствует период: конец XIII в. – XVI в. В конце этого этапа большой вклад в формирование экологических знаний внесли следующие выдающиеся ученые: Карл Линней (1707–1778 г.г.) – шведский естествоиспытатель, сторонник креационистской концепции в биологии, согласно которой многообразие форм органического мира есть результат их сотворения; Жан Батист Ламарк (1744–1829 г.г.) – французский ученый, автор первого эволюционного учения. Считал, что важнейшей причиной приспособительных изменений организмов, эволюции растений и животных является влияние внешних условий среды. Само живое, по Ламарку, возникло из неживого по воле творца и далее развивалось на основе строгих причинных закономерностей. Жорж Кювье (1769–1832 г.г.) – французский зоолог, сформулировал теорию катастроф, смысл которой сводился к тому, что творец актом творения создает органический мир каждой геологической эпохи заново, этот органический мир существует недолго, гибнет в результате мировой катастрофы, после чего происходит новый акт творения. Таким образом, был найден компромисс между религиозным мышлением и накопленным научным материалом. Ж.Б. Ламарк и Томас Мальтус (1766–1834 г.г.) впервые предупреждают человечество о возможных негативных последствиях воздействия человека на природу.

Ученые Российской АН также оказывали влияние на развитие экологии. Примером являются наблюдения, выполненные в ходе экспедиционных исследований путешественника Степана Петровича Крашенинникова (1713– 1755 г.г.), нашедшие отражение в его работе «Описание земли Камчатской». В XVII–XVIII в.в. экологические сведения составляли значительную долю во многих биологических описаниях.

2. Оформление экологии в самостоятельную отрасль знаний

(60-е г.г. XIX в. – 50-е г.г. XX в.)

Чарльз Дарвин (1809–1882 г.г.) определил основные факторы эволюции органического мира. Ему принадлежат работы: «Происхождение видов путем естественного отбора, или сохранение благоприятствуемых пород в борьбе за жизнь» (1859 г.) и «Происхождение человека» (1871 г.).

Русский ученый Василий Васильевич Докучаев, естествоиспытатель (1846–1903 г.г.) считается одним из основоположников экологии. В частности, он исследовал особенности почвообразования.

Как самостоятельная наука экология окончательно сформировалась в начале XX столетия. В это время американские ученые В. Шелфорд, Ч. Адамс публикуют важные обобщения по экологии животных. Крупнейший русский ученый XX в. Огромное влияние на развитие экологии оказали работы выдающегося русского геохимика В.И.Вернадского (1863–1945 г.г.). Он посвятил себя изучению процессов, протекающих в биосфере и разработал теорию, которая легла в основу современного учения о биосфере. Биосфера – область распространения жизни на нашей планете. В 1926 году В.И.Вернадский опубликовал книгу под названием «Биосфера», в которой впервые была показана планетарная роль совокупности всех видов живых организмов – «живого вещества». Впервые вся живая оболочка планеты предстала как единое целое. К 30-ым г.г. ХХ в. интенсивно развивается экспериментальная и теоретическая база, углубленно изучается состав, структура, функционирование наземных и водных комплексов. В современных условиях одним из наиболее значимых факторов, определяющих состояние биосферы, стала деятельность человека и ученые-экологи вновь обратились к научному исследованию В. И. Вернадского. Ведь именно он говорил еще в далекие 20-е годы о мощном воздействии человека на окружающую среду и о преобразовании современной биосферы. Для измененной биосферы, находящейся под контролем разума человека он предложил термин «ноосфера» – сфера разума.

Эти исследования привели к выводу о необходимости совместного изучения биоценоза и биотопа. Экология поднялась на более высокую ступень в результате нового подхода к изучению природных систем: в 1935 г. английский ботаник Артур Тенсли (1871–1955 г.г.) выдвинул понятие об экосистеме. В 1940 г. В.Н. Сукачев (1880–1967 г.г.), советский ботаник, географ, лесовод, обосновал близкое к этому понятию представление и биогеоценозе.

3. Современный этап – превращение экологии в комплексную науку, включающую в себя науки об охране природной и окружающей человека среды.

(50-е г.г. XX в. – до настоящего времени)

Связан этот этап с прогрессирующим загрязнением окружающей среды и резким усилением воздействия человека на природу. Современная экология анализирует природные условия (факторы) существования живых организмов, включая человека, и их изменения под влиянием разнообразных преобразующих или разрушающих воздействий. Основным практическим результатом развития экосистемной концепции явилось осознание необходимости перестраивать экономику в соответствии с экологическими законами. Особенностью экологических исследований становится широкое использование математического моделирования процессов, протекающих в биосфере, с целью поддержания ее устойчивости, а также необходимость разработки инженерных решений, направленных на улучшение качества окружающей среды. Современный период развития экологии связан с именами таких крупных ученых как Ю. Одум, Б. Небел, Н.Н. Моисеев, Н.Ф. Реймерс.

В       50-90 гг. 20-го столетия вопросам экологии посвящены работы отечественных и зарубежных исследователей, ученых, таких, как Ю.Одум, М.И.Будыко, В.Тишлер, В.А.Радкевич, Н.Ф.Реймерс, А.Г.Банников, А.С.Степановских и другие.

Предмет экологии.

Из всего многообразия существующих сегодня определений экологии можно сделать вывод, что экология включает в себя все три уровня организации биологических систем: организменный, популяционный и экосистемный. Исходя из этого можно сформулировать следующее определение:

Экология – это комплексная наука, изучающая взаимоотношения организмов и образуемых ими сообществ между собой и со средой их обитания.

Современная экология – это комплексная дисциплина, далеко выходящая за рамки биологической науки. Она включает в себя следующие направления:

-        общая экология

-        геоэкология;

-        глобальная экология;

-        экология человека;

-        прикладная экология;

-        сельскохозяйственная экология.

Общая экология, как биологическая дисциплина, подразделяется на следующие направления:

-        аутэкология, устанавливающая пределы существования организмов (особей) в среде их обитания и исследующая реакции на воздействие среды;

-        демэкология изучает условия существования популяций как элементарных надорганизменных группировок;

-        эйдэкология изучает вид, как надорганизменную биологи-ческую систему;

-        синэкология изучает сообщества животных, растений и микроорганизмов;

-  глобальная экология изучает историю формирования, структуру и свойства биосферы, рассматривает биосферные процессы и дает прогнозы ее развития.

Кроме того, экология может классифицироваться по конкретным объектам исследования: экология растений, экология животных, экология микроорганизмов, экология водных организмов; В зависимости от среды, местообитания организмов: экология суши, экология моря, экология пресных вод, экология высокогорий и т.д.

На стыке экологии с другими отраслями знаний существуют такие направления как инженерная экология, математическая экология, сельскохозяйственная экология, медицинская экология, космическая и т.д.

Наиболее важной и актуальной проблемой современной экологии необходимо признать определение роли и места человека в глобальных биосферных процессах. Перед человечеством на сегодняшний день стоит одна главная задача – предотвращение экологической катастрофы.

Что касается задач современной экологии, то и здесь нет единообразного подхода. Общеэкологические задачи должны осуществляться на конкретно-научном уровне. Изучая взаимосвязи животного с окружающей абиотической средой, экология решает разные задачи на каждом системном уровне организации жизни. На организменном уровне рассматриваются проблемы адаптации организмов, механизмы, обеспечивающие устойчивость их функционирования.

На популяционном уровне – это исследования форм взаимоотношений между организмами, обеспечивающих существование популяции как целостной, саморегулирующейся системы. Основное здесь – определение тех свойств популяции, которые обеспечивают возможность ее неограниченно длительного существования в постоянно изменяющихся условиях среды. Не изучение взаимосвязи отдельного организма со средой, а изучение взаимосвязей и приспособительных реакций популяции с условиями их существования должно стать основной задачей экологии. Популяционный уровень наиболее важен из-за возможности управления популяциями со стороны человека. Воздействие на отдельный организм никакого эффекта не дает, поскольку он смертен и его отдельно взятые индивидуальные свойства во взаимоотношениях между особями и средой в целом ничего не изменят. Но если воздействию подвергается вся популяция, то в случае ее гибели возможно ограничение (или уничтожение) какого-то природного ресурса, важного для человека.

На экосистемном (биогеоценотическом) уровне основной задачей является исследование закономерностей функционирования и продукционных процессов многовидовых биоценозов вместе с их неорганическим окружением.

На биосферном (глобальном) уровне выявляются причины и механизмы изменения элементов биосферы в результате воздействия человеческой деятельности. Двоякое положение человека в биосфере (с одной стороны, это гетеротрофный живой организм, с другой – высокоразвитое живое существо, наделенное разумом и вооруженное достижениями научно-технической революции) диктует необходимость предельной осторожности и взвешенности решений при любой ее попытке вмешательства в исторически сложившиеся взаимосвязи и процессы живой природы.

Проблемы и задачи частной экологии предполагают решение вопросов сохранения физико-химического баланса в биосфере. Осуществление этих задач возможно на нескольких уровнях: технологическом, экономическом, юридическом и др.

К основным проблемам следует отнести:

-        изменения климата Земли, парниковый эффект (антропогенное потепление), разрушение озонового экрана;

-        загрязнение атмосферы, кислотные осадки;

-        демографический взрыв, относительное перенаселение Земли в некоторых регионах; чрезмерную урбанизацию;

-        загрязнение почв, уменьшение их площадей;

-        загрязнение океана и поверхностных вод суши;

-        радиоактивное загрязнение локальных участков;

-        опустынивание, уменьшение площадей тропических и северных лесов;

-        отсутствие утилизации промышленных, сельскохозяйственных и бытовых отходов;

-        ухудшение качества продуктов питания, в результате неправильного использования пестицидов, кормовых добавок, ветеринарных препаратов и др.;

-        отсутствие средств для финансирования природоохранных мероприятий.

В       настоящее время большинство международных экологических конфликтов условно можно разделить на четыре категории: распределение водных ресурсов, загрязнение морей, чистота воздуха, чистота воды.

Современная экология является научной базой рационального использования и воспроизводства природных ресурсов, охраны окружающей среды. Последовательное решение насущных экологических проблем должно привести к снижению негативного воздействия общества на отдельные экосистемы и природу в целом, включая человека.

Сельскохозяйственная экология представляет собою особый раздел прикладной экологии, отличающийся широким аспектом проблем научного и прикладного характера. Основным предметом курса является комплексность сельскохозяйственного производства: с одной стороны, биология аграрных систем, а с другой, техногенное воздействие человека на становление и функционирование отдельных подсистем в рамках сложившейся системы в каждом конкретном случае.

Экологические идеи в сельском хозяйстве высказывали еще в середине восемнадцатого века русские агрономы А.М. Бажанов, А.Т. Болотов и др. Для понимания роли прикладных экологических наук, и прежде всего, сельскохозяйственной экологии, необходимо рассмотреть, как изменялись взаимоотношения человека и природы по мере развития человеческой цивилизации.

Биосфера возникла около 4 млрд. лет назад (в горных породах, сформированных 3,5 млрд. л.н. найдены следы первых живых организмов) и за время своего существования прошла путь развития, который называется эволюцией. Современный человек как биологический вид появился более 40 тыс. лет назад. Человеческое общество в своем развитии прошло ряд этапов, на каждом из которых оказывало определенное воздействие на биосферу.

1 этап – этап охотничества-собирательства. Большую часть своего развития человек был охотником-собирателем. Как собиратели люди имели кормовую территорию более 500 Га и проходили в сутки 25–30 км. На Земле в то время проживало не более 2 млн. чел. Влияние человека на окружающую среду было весьма ограниченным. Но как только первобытные охотники научились пользоваться огнем, они начали разрушительное наступление на окружающую природу: заселили территории с умеренным климатом, использовали огонь для загона и ловли дичи, что вызывало пожары и, как следствие, разрушение растительных сообществ в различных районах земного шара и обеднение видового состава крупных позвоночных.

2 этап – этап аграрной цивилизации ~ 10 тыс. лет назад. На этом этапе происходит переход к ведению сельского хозяйства, развивается скотоводство и земледелие. Положительным результатом ведения сельского хозяйства явились следующие события:

• увеличение численности населения;

• возникновение ремесел;

• совершенствование орудий труда;

• зарождение процесса урбанизации.

Воздействие человека на биосферу увеличилось во много раз. Неумелое использование земель, безжалостная эксплуатация пастбищ часто приводила к бесплодности и превращению территорий, отведенных под культурные растения и пастбища, в пустыни. Сельское хозяйство развивалось по схеме: лес → пастбище → поля сельскохозяйственных культур → пустыни. Первые земледельческие цивилизации возникли в районах недостаточного увлажнения, что привело к созданию оросительных систем. Это вызвало локальные экологические катастрофы в бассейнах рек Тигр и Евфрат, приведшие к ослаблению или гибели государств в результате эрозии и засоления почв.

Таким образом, негативными последствиями воздействия человека на биосферу на этом этапе являются:

• разрушение экосистем: уничтожение лесов, засоление почв и опустынивание;

• вымирание крупных представителей фауны – конкурентов домашних животных.

Несмотря на изменение экосистем в локальном масштабе, деятельность человека вписывалась в биогеохимический круговорот веществ и не изменяла притока энергии в биосфере. Использовались в основном растительные материалы (биодеградирующие) и металлы, полностью осуществлялось самоочищение вод и земель.

3 этап – этап индустриальной цивилизации. В XIX в. происходит зарождение и развитие промышленности, строятся города. В результате повышается уровень жизни людей – улучшается качество медицинского обслуживания, продуктов питания, люди получают образование, увеличивается продолжительность жизни.

Отрицательные последствия:

• наблюдается резкий рост населения – демографический взрыв;

• уменьшается разнообразие естественной среды (уничтожаются леса и болота, вытесняются дикие животные из развитых районов);

• нарушается круговорот веществ, так как отходы деятельности человека больше не минерализуются деструкторами. В процессе промышленного производства образуется большое количество веществ, которые невозможно разложить биологическим путем. Эти вещества накапливаются в биосфере, нарушая жизнедеятельность экосистем;

• потребление энергии резко возрастает, встает вопрос об исчерпаемости запасов угля, нефти и природного газа (с 1850 г. потребление энергии увеличивалось на 2,5 % ежегодно, с 1950 г. – на 5 %, с 1970 г. – на 10 %).

Можно дать следующую характеристику современного состояния биосферы:

1. Преобразуется облик планеты: уничтожаются леса; истощаются залежи полезных ископаемых; создаются новые водохранилища; на месте первичных биоценозов создаются вторичные агроценозы.

2. Изменяется химический состав воздуха, воды, почвы. Биосфера загрязняется веществами, которые не вовлекаются в круговорот и накапливаются в ней: пестициды, удобрения, отходы промышленности, радиоактивные вещества.

3. Снижаются темпы процесса самоочищения. Главную опасность представляет изменение не количества, а качества отходов, которые не используются микроорганизмами, не распадаются, не окисляются. Вот почему в биосфере снизились темпы природного процесса биологической очистки, процесса самоочищения.

Но ресурсы биосферы не беспредельны. Биосфера теряет свою способность к восстановлению. Под устойчивостью биосферы понимается способность активной части биосферы – биоты – на основе жестких обратных связей гасить возникшее возмущение (принцип ЛеШателье в биологии). На современном этапе биота перестает выполнять принцип Ле-Шателье и теряет устойчивость.

Взаимодействие общества и природы можно представить в виде схемы социального обмена веществ и энергии (рис. 1).

Рисунок 1 – Схема социального обмена веществ и энергии

Схема отражает изъятие из природы веществ и энергии, переработку веществ, усвоение обществом переработанных элементов природы, сброс в окружающую среду отходов.

В настоящее время годовое потребление характеризуется следующими показателями: на каждого человека добывают и выращивают ~20 т сырья, перерабатываемого в продукты массой 2 т, которые непосредственно идут на потребление. Для этого затрачивается мощность 2,5 кВт и 800 т воды. Около 90 % сырья идет в отходы, так же как и основная масса воды. В окружающую среду выбрасываются продукты, чуждые природе, радиоактивные вещества, тепло. В процессе переработки сырья возникает множество побочных веществ. Человек умеет синтезировать около 10 млн. веществ, производит в больших масштабах ~50 тыс., в особо крупных масштабах ~5 тыс. наименований. При этом, как уже сказано, в отходы уходит ~90 % сырья. Из 2 т конечного продукты в течение того же года выбрасывается не менее 1 т.

Масштабы антропогенного загрязнения на современном этапе развития общества достигли таких размеров, что в большинстве районов нашей планеты, особенно в крупных промышленных центрах, уровни загрязнения существенно превышают санитарно-гигиенические нормативы. НТР и бурный рост промышленного производства в ХХ в. способствовали не только росту благосостояния человека, но и поставили окружающую среду на грань экологической катастрофы.

Катастрофической является ситуация с существенными необратимыми негативными последствиями, для ликвидации которых требуется принятие инженерных и административных решений. Если после негативного воздействия сохраняется возможность восстановления (хотя бы частичного) нарушенных структурно-функциональных характеристик системы, то состояние соответствует кризисному.

Нынешнюю ситуацию можно охарактеризовать как экологический кризис. Экологический кризис – стадия взаимодействия между обществом и природой, на которой до предела обостряются противоречия между экономикой и экологией, а способности саморегулирования экосистем в условиях антропогенного воздействия существенно подорваны.

Существует пять основных направлений для выхода из экологического кризиса:

1. экологизация технологий (внедрение малоотходных, ресурсосберегающих технологий);

2. экономизация производств (развитие и совершенствование экономического механизма охраны окружающей среды);

3. административно-правовое воздействие (применение мер административной и юридической ответственности за экологические правонарушения);

4. экологическое просвещение (гармонизация экологического мышления, отказ от потребительского отношения к природе);

5. международно-правовая защита (гармонизация экологических международных отношений).

Опыт человечества показывает, что стремление людей к материальному обогащению и безграничному потреблению ресурсов является естественной чертой человека. С экологических позиций экономический рост представляет собой постоянное и все ускоряющееся увеличение потребления природных ресурсов. При этом прогресс нельзя запретить – он будет сопровождать человека всегда.

Остановить стихийное развитие событий помогут лишь знания.

Экологические знания позволяют понять, каким образом происходит воздействие человека на окружающую среду, и найти те пределы изменения условий, которые не допустят экологического кризиса. Таким образом, главнейшая цель экологии – вывести человечество из глобального экологического кризиса на путь устойчивого развития, при котором достигается удовлетворение жизненных потребностей нынешнего поколения без лишения такой возможности будущих поколений.

Концепция устойчивого развития была принята на Конференции ООН по окружающей среде и развитию (Рио-де-Жанейро, 1992 г.).

В широком смысле стратегия устойчивого развития направлена на достижение гармонии между людьми (друг с другом) и между Обществом и Природой. В основе устойчивого развития лежит неразрывность эколого-экономических связей. Переход к устойчивому развитию обеспечивается сбалансированным решением социально-экономических задач и проблем сохранения благоприятной окружающей среды и природно-ресурсного потенциала в целях удовлетворения потребностей нынешнего и будущего поколения людей.

В сельское хозяйство вкладываются большие материальные средства. Но, ни вкладываемые средства, ни селекция сортов, ни агрохимия, ни орошение, ни расширение ассортимента пестицидов для борьбы с сорняками, вредителями и болезнями пока не в силах остановить закономерное снижение почвенного плодородия. Причиной этого явления служат несбалансированные циклы углерода, фосфора, кальция, калия и других питательных элементов, а также усиливающаяся эрозия почвы. В целом, в мире ежегодно выходит из сельскохозяйственного оборота около 10 млн. га земель.

В странах Европы и Северной Америки в последние 3-4 десятилетия урожайность культур повысилась в 2-3 раза, но затраты энергии на увеличение указанной продукции возросли более чем в 10 раз. Такой американский вариант для подавляющего числа стран, включая и Россию, безусловно, неприемлем. Наращивание затрат в сельском хозяйстве (удобрения, пестициды, обработки и т.д.) ведет к загрязнению почвы, воды, воздуха, переводу почвы в минеральный субстрат – глину или песок, а водные экосистемы приводит к гибели.

Важная причина сложившейся тяжелой экологической ситуации – это недооценка общетеоретической обобщающей науки, способной раскрыть основы жизнедеятельности сельскохозяйственных систем. Работники сельского хозяйства достаточно хорошо управляют отдельными (частными) процессами сельскохозяйственного производства (выращивание кукурузы, пшеницы, риса и т.д.), но в большинстве случаев слабо владеют спецификой взаимоотношений между отдельными звеньями целостного комплексного механизма, включающего растениеводство, животноводство, почвы, водные ресурсы, человека и его уровень понимания проблем (образование, культура), а также его уровень технических возможностей. По своей структуре сельскохозяйственные сообщества можно приравнивать к природным комплексам, сформировавшимся в жестких условиях (например, пустыня, тундра, болота и др.) и выделяющимся незначительным количеством видов растений и животных при весьма высокой их плотности в отдельные (обычно короткие) периоды года.

Использование успехов современной экологии для развития сельского хозяйства – это, несомненно, завтрашний путь науки и производства. Особое значение приобретает разработка теоретических основ сельскохозяйственной экологии (земледелие в широком понимании) с использованием достижений в отдельных областях сельскохозяйственного производства и строительства.

Среди научных направлений в области сельскохозяйственной экологии, развиваемых в нашей стране, являются следующие:

1.      Создание смешанных (сорго и травосмесей) и совмещённых (разных видов) посевов и изучение взаимоотношения между культурами в них.

2.      Изучение сочетаемости видов в травосмесях.

3.      Изучение аллелопатических взаимоотношений между рас-тениями в посевах.

4.      Экология сорных растений и перспективы их контроля за счет уплотнения посевов.

Перспективным направлением в сельскохозяйственной экологии является оптимизация агросистемы через нормы высева, сроки посева или посадки, способы посева (чистые, сорго– и видосмеси, совмещенные, смешанные), севообороты и т.д. (Юрин, 1979). Интересно, что до расширения товарного производства в основном высевались смеси нескольких культур, что даже в самые неблагоприятные годы уводило земледельца от неурожая и обеспечивало в целом более высокий урожай при лучшем использовании природных ресурсов (Туганаев, 1984). Классификация сообществ сорняков строится обособленно от возделываемых растений, различающихся сроками и типами посева (сплошной посев, широкорядный), способами обработки почвы, сомкнутостью травостоя, сроками и способами уборки, нормами и типами удобрений, уплотнением почвы и т.д. (Мальцев, 1934; Никитин, 1982 и др.).

Сельскохозяйственная экология – наука о взаимоотношениях живых организмов между собой и окружающей средой (неорганической), а также с человеком, о структуре, связях и функциональной деятельности искусственно созданных ландшафтов. Сельскохозяйственная экология, являющаяся прикладным ответвлением общей экологии, сформировалась как самостоятельная наука лишь в 50-60–е годы нынешнего столетия, хотя её отдельные разделы (экология растений, экология животных и т.д.) обособились еще в конце прошлого и в начале нашего века. Ученые пришли к пониманию того, что не только строение и развитие отдельных организмов, но и их взаимоотношение со средой обитания подчиняются определенным закономерностям, требующим специального изучения. Современная сельскохозяйственная экология является теоретической основой рационального использования природных ресурсов (воды, почвы, воздуха), разработки стратегии взаимоотношений человека и природы, сохранения биоразнообразия в условиях постоянного нарушения человеком складывающихся связей в культурных ландшафтах.

Долгое время не столько практики, сколько ученые в области экологии уделяли мало внимания тому комплексу, от решения которого зависело развитие сельскохозяйственного производства в мире в целом и в отдельных регионах, в частности. Среди таких проблем следует назвать следующие:

1.      Рациональное использование земельных ресурсов.

2.      Поддержание экологического равновесия и сохранение природного биоразнообразия.

3.      Развитие биологических методов борьбы с вредителями и болезнями.

4.      Изолированность исследований естественных и искусственных сообществ живых организмов.

5.      Недооценка законов природы при создании искусственных сообществ.

6.      Абстрагирование исследований искусственных сообществ без учета социально–экологического уровня общности людей.

7.      Пренебрежительное отношение к агроландшафтной экологии со стороны специалистов сельскохозяйственного производства и недооценка необходимости её развития со стороны экологов.

8.      Низкий уровень понимания проблем экологии со стороны общественности и правительственных органов.

В отдельных районах могут быть обозначены и другие проблемы, но вышеприведенные носят общий характер. Если обстоятельно проанализировать проблемы сельского хозяйства, то нетрудно заметить, что без глубоких экологических подходов решить их сегодня совершенно невозможно.

Основным предметом сельскохозяйственной экологии является изучение организмов на уровне популяций во всем комплексе взаимоотношений с окружающей средой. Главная причина возрастания интереса к сельскохозяйственной экологии в настоящее время – это её теснейшая связь с важнейшими проблемами существования человека: загрязнением и отравлением среды промышленными отходами, чрезмерным разрушением естественных сообществ, необходимостью повышения биологической продуктивности планеты, рациональным использованием биологической продукции и т.д. У прироста органического вещества есть свои пределы, определяемые энергией солнца, которая поглощается на нашей планете поверхностью растений, и эффективностью их фотосинтеза. Все это выдвигает огромную проблему перед сельскохозяйственной экологией. Вот почему эта наука современна. Она призвана определить обеспечение населения продуктами за счет рационального использования природы.

Основной задачей сельскохозяйственной экологии, таким образом, является разработка теоретических основ получения качественной продукции (растений, животных) на основе рационального использования плодородия почвы, водных ресурсов и разумного применения человеком средств механизации, химии, генетики и т.д.

Основной целью сельскохозяйственной экологии является изучение закономерностей многообразных взаимосвязей между населяющими сельскохозяйственные угодья организмами (растениями, животными и человеком) и средой обитания, и на этой основе обоснование наиболее рационального использования природных ресурсов для обеспечения нормальной жизнедеятельности человека.

Поставленная цель еще далека от выполнения. Для её претворения в жизнь необходимо решить несколько задач, среди которых важнейшими являются следующие:

1.      Дальнейшее совершенствование и развитие методов исследований.

2.      Совершенствование классификации состава, структуры и функционирования экосистем и дальнейшее развитие системного подхода в экологических исследованиях.

3.      Совершенствование моделирования систем с целью предсказания путей их дальнейшей эволюции.

4.      Глубокое изучение энергетических связей в экосистемах.

5.      Изучение гомеостатичности экосистем, популяций отдельных видов и организмов и их продуктивности в зависимости от неустойчивости условий среды.

6.      Совершенствование систем экологического прогноза и проектирования.

Сельскохозяйственная экология является своеобразной методологией мышления в сельском хозяйстве. Экологические задачи с разных сторон решают и конструктор, проектирующий легкие тракторы и агрегаты комплексного использования; и селекционер, создающий сорта с повышенной устойчивостью к неблагоприятным условиям; и агроном, разрабатывающий систему нормализации баланса питательных веществ и гумуса в почве; и экономист, оценивающий уровень технологии, и т.д. Одной из важных задач сельскохозяйственной экологии является получение чистой продукции при сохранении природных ресурсов и среды обитания человека. В общем плане задача экологии определяется получением максимальной продукции на единицу производимых затрат в виде удобрений, горючего и т.д., вводимых в систему, что возможно в том случае, когда посев будет максимально соответствовать почвенно-климатическим условиям региона.

Изучение растений и животных в природе – задача весьма нелегкая. Если учесть, что даже самая простая среда очень сложная, то ничуть не покажется странным, почему экология не развивается так интенсивно, как, например, генетика, молекулярная биология, биофизика и т.д. Наряду с экспериментом в экологии имеет значение наблюдение. Трудности экспериментальной проверки заставляют эколога переводить наблюдаемые факты на математические модели, что заменяет лабораторные эксперименты в других биологических науках. Различные методы моделирования в современной экологии составляют основу научного анализа.

Сельскохозяйственная экология изучает надорганизменные уровни организации антропогенных нарушенных систем. Элементарной единицей в экологии считается особь популяции (сорта); популяция со своими консортами образует элементарную подсистему в пределах системы; следующая промежуточная подсистема (ассоциация, однотипное сообщество) образуется совокупностью популяций, выполняющих сходную функциональную роль в системе и принадлежащих к единой трофической группировке; полная экологическая система состоит из совокупности организмов разных трофических уровней.

Жизнеобеспечение населения – основная задача эколога в сельском хозяйстве на основе увеличения первичной биологической продуктивности, севооборотов, расширение видового разнообразия возделываемых культур, обеспечения качественными продуктами питания богатыми белками, витаминами, минеральными веществами и другими необходимыми веществами и максимальным снижением нежелательных компонентов. Иными словами, производство продуктов питания как единственного источника энергии, является основным в процессе взаимодействия человечества с природой. Около 60% мирового производства продуктов питания приходится на зерновые культуры (из них более 40% – на рис и пшеницу), которые дают до 50% белка, потребляемого человеком, что поднимает роль аграрного сектора в формировании первичной биологической продукции.

Однако следует заметить, что интенсивное вовлечение человека в сферу аграрного производства приводит к возникновению и развитию противоречивых природы и общества. С одной стороны, необходимым условием удовлетворения потребностей человека является использование достижений науки и техники, а также наращивания масштабов производства. С другой стороны, все отмеченное отрицательно сказывается на природе (истощаются и уничтожаются естественные природные ресурсы, нарушаются механизмы саморегуляции и стабильности экосистем, загрязняется вся окружающая среда в целом).

В экологии, в том числе и сельскохозяйственной, используются методы исследования и понятия, применяемые в других науках. Многие же методы исследований свойственны исключительно экологии. Например, если исследования экологии особей (аутэкология) иногда близки исследованиям в области физиологии, то изучение популяций и биоценозов относится всецело к экологии.

Основные методы экологических исследований: полевые, экспериментальные исследования с использованием экосистемного, популяционного, эволюционного и исторических подходов, изучение сообществ и анализ местообитаний.

Первостепенное значение имеют полевые исследования, т.е. изучение популяций видов и их сообществ в естественной обстановке. Полевые методы позволяют установить результаты влияния на организм определенного комплекса факторов окружающей среды, выяснить общую картину развития вида в конкретных условиях.

Однако полевые методы не всегда дают точный ответ на поставленные вопросы. Поэтому применяют экспериментальные методы, которые позволяют вычленить и проанализировать роль отдельных факторов при постоянстве всех остальных в искусственно созданных и контролируемых условиях. В экологическом эксперименте трудно воспроизвести весь комплекс природных условий, но можно изучить влияние отдельных факторов на вид, популяцию или сообщество.

Модель – это абстрактное описание того или иного явления реального мира, позволяющее делать предсказания относительно этого явления. Модель должна быть статистической и строго математической для того, чтобы получить надежные прогнозы. Модель должна включать три основные компонента: анализируемое пространство (границы системы); субсистемы (компоненты), считающиеся важными для общего функционирования; рассматриваемый временной интервал.

В       последнее время широкое распространение получило моделирование биологических явлений, т.е. воспроизводство в искусственных системах различных процессов, происходящих в живой природе. Примером биологических моделей может служить аппарат искусственного дыхания, кровообращения, искусственные почки, протезы.

При описании биологических явлений применяются методы математического моделирования. Они используются для экологического прогнозирования. Составление экологического прогноза является сложной и ответственной задачей и невозможно без всестороннего математического анализа всех аспектов взаимоотношений живых организмов и многочисленных факторов внешней среды. В последнее время среди прогнозистов широко распространилось понятие «мониторинг», которое включает не только наблюдение за состоянием окружающей среды, но и контроль, и управление за ее состоянием.