111_agroekolog

фіксованого азоту. У той же час кількість зв’язаного азоту в бобових та злаково-бобових травосумішках не перевищує 200 кг/га, а на природних лучних угіддях не більше 30-50 кг/га. Отже, кількість фіксованого азоту в процесі симбіотичного співжиття є суттєво більшою за споживання і сприяє розширеному відновленню вмісту у ґрунті цього елемента.

Зоогенні відносини. Взаємовідносини між рослинами агроекосистем і тваринами можуть проявлятись прямо або опосередковано. Прямий вплив відбувається через поїдання і витоптування при випасі. У гірських регіонах свійська худоба може бути потужним прискорювачем ерозії через руйнування травостою. З іншого боку, помірний випас може мати сприятливий вплив, бо насіння вдавлюється у ґрунт і краще проростає, подрібнюються рослинні рештки, а отже, краще мінералізуються. Залишені на вигонах і пасовищах екскременти удобрюють ґрунт.

Тварини можуть механічно пошкоджувати рослини, переносити плоди і насіння. Рослини досить непогано пристосувалися до поширення плодів, насіння і інших зачатків зоогенним шляхом. Кістянки ягід приваблюють тварин соковитим оплоднем, а наявність твердого ендокарпію (внутрішньої оболонки оплодню) при проходженні через травний канал захищає життєздатність насіння при його поїданні. Поїдаючи траву чи сіно, рослиноїдні тварини разом з екскрементами розповсюджують плоди і насіння кормових трав. Насіння дуже часто має гачечки-причіпки, щетинки, лусочки, вирости, волоски, різноманітні клейкі виділення, за допомогою яких вони прикріплюються до тіла тварин. У розповсюдженні рослин можуть брати участь і ссавці, і птахи, і мурахи.

Велику роль у формуванні продуктивних агроекосистем відіграють комахи. Пряму дію з особливою силою виявляють хижі комахи. Особливо негативно вони впливають на ріст і розвиток, поїдаючи молоді пагони і брунечки генеративних органів. Значної шкоди наземним і підземним частинам рослин завдають личинки комах, які у великій кількості споживають органічні речовини. Так, наприклад, гусениці капустяного білана, поїдаючи листя капусти, спричинюють її непридатність до споживання. Ще більш непридатними роблять головки капусти слимаки, що поселяються в основі листків, виснажуючи рослину.

71

Якщо людина при сільськогосподарському виробництві не дотримується принципу сівозміни, то шкідливі комахи розповсюджуються значно інтенсивніше. Озима совка і хлібна жужелиця масово розмножуються в результаті повторних посівів пшениці. Пошкодження ж озимої пшениці за гарних попередників незначне. Справа в тому, що комахи відкладають яйця лише на стерні зернових злаків, і личинки можуть вижити, лише якщо наступного року сіють ту ж культуру. Коренева бурякова тля приносила мало шкоди до тих пір, поки не збільшилися площі під вирощування цукрового буряку.

Рослиноїдні організми головним чином підвищують чутливість рослин до факторів смертності, але безпосередньо не вбивають рослину. Найстійкіші до видалення трави, бо головна точка росту у більшості з них знаходиться майже на рівні землі і захищена від виїдання. Найпоширеніша реакція рослин на пошкодження тваринами – затримка цвітіння, що зменшує контакти з запилювачами. Також можуть пошкоджуватись підземні органи рослин (корені, кореневища, бульби, цибулини). Пряма дія польових мишей, вовчка, капустянки проявляється у підгризанні коренів культурних і дикорослих рослин, поїданні посівного матеріалу зернових і їхніх проростків. Чимало шкоди завдають личинки хруща, дротяники, які поїдають корені, бульби тощо, знижуючи життєвість та здатність рослин до розмноження, відтворення рослинного організму та їхніх екосистем.

Побічна дія проявляється у створенні численних ходів і сховищ: це покращує аерацію, структуру ґрунту, його тепловий режим тощо. На таких перероблених ґрунтах поселяються нетипові для угруповання рослини.

Для культурних посівів надзвичайно важлива наявність комах – запилювачів. На відкритих ланах є багато різних комах

– запилювачів, які здійснюють перехресне запилення. Воно для рослин більш біологічно вигідне, бо нащадки, отримані в такий спосіб, більш життєздатні. Тому переважна більшість рослин є комахозапилювальними.

Найбільш поширені з них медоносні бджоли і бджоли деревогнізні, денні і нічні метелики, джмелі, дзюрчалки та ін. Їх розповсюдженню сприяє тепло і сухість повітря. За такої погоди бджола за день відвідує до 40 000 квіток. Певні комахи здійснюють запилення лише деяких видів рослин, наприклад, люцерну

72

запилюють джмелі, гвоздику – метелики, соняшник – бджоли. Зменшення чисельності комах-запилювачів може значно знизити урожайність культурних рослин.

Натомість комахи отримують поживний нектар або пилок, який частково поїдають. Крупність квіток, їхня яскравість, форма, виділення запахів – це ті пристосування, які потрібні для приваблювання комах.

Птахи в агроекосистемах відіграють і позитивну, і негативну роль. Позитивною є санітарна функція. Птахи не лише знищують шкідливих комах, вони можуть здійснювати перехресне опилення рослин. Негативна роль виявляється у поїданні насіння і плодів, а це гальмує розвиток рослинного угруповання. Наприклад, горобці є потужними конкурентами людини у змаганні за сільськогосподарську продукцію.

Агроекосистеми як найбільш розповсюджені види екосистем в Україні стають повноправним місцем притулку і захисту диких тварин.

1.3.7. Рослинництво і антропогенне забруднення середовища

Антропогенний фактор є потужним рушієм формування, функціонування і розвитку агроекосистем. Вплив людини проявляється не лише через безпосередню сільськогосподарську діяльність. Це і опосередковані впливи, пов’язані з промисловою, транспортною, комунальною сферою тощо.

Сільськогосподарські угіддя формуються за бажанням та потребами людини. Вони функціонують у межах територій, де антропогенна діяльність є ведучою і суттєво змінила середовище існування. Тому загальне хімічне, фізичне забруднення довкілля визначає умови розвитку агроекосистем.

Можна виділити наступні аспекти впливу антропогенної діяльності на рослинництво:

-глобальні зміни клімату, спричинені чи посилені антропогенною діяльністю, до яких необхідно адаптовуватись;

-вплив забрудненого повітря на культурну рослинність;

-розвиток рослин на ґрунтах, забруднених важкими металами і радіонуклідами;

-довготривалий вплив пестицидів на агроекосистеми;

-зрошення як фактор небезпеки для стану ґрунтів;

73

-вплив тваринництва на довкілля;

-зміни в агроекосистемах через опосередковану дію лю-

дини на супутні види.

У сучасних умовах людина існує в фактично зміненому середовищі, яке несе на собі відображення уявлень цивілізації про прогрес, «щасливе майбутнє» і комфорт. Насправді, досягнення людства виглядають вельми сумнівними з точки зору їх вписаності в природні колообіги і оптимальних умов для людини як біологічного виду. Малорухливий спосіб життя, виснаження запасів чистої прісної води, отримання продуктів харчування шляхом складної технологічної переробки з мінімумом природного смаку і корисних речовин – все це фактори, що скоріш можна назвати деградаційними, а не цивілізаційними перевагами.

Складною з цієї точки зору бачиться подальша доля рослинництва. Це галузь, що безпосередньо використовує природні умови як виробничий ресурс, тому і дуже чутлива до екологічних змін. Серйозним викликом сьогодення є проблема змін клімату. Причина цих змін дискусійна до сих пір. Та все-таки більшість вчених вважає, що вона у використанні значних об’ємів викопних видів палива і скороченні площ під зеленими рослинами. Це збільшує в атмосфері концентрацію вуглекислого газу, оксидів азоту, метану. Ці гази називають парниковими, бо вони мають здатність затримувати довгохвильове випромінювання поверхні Землі і таким чином збільшують кількість тепла в приземному шарі повітря. Саме через це за останні чотири десятиліття кількість вуглекислого газу в тропосфері зросла з 0,030% до 0,04% (за даними NASA на травень 2013 року, США), а середня температура збільшилась на 0,60С.

Які небезпеки це може нести? Протягом останніх двадцяти років у північних широтах спостерігається поступове збільшення кількості рослинного покрову планети, а сезон їх росту збільшився на декілька днів. Найактивніше цей процес відбувається в Євразії (від Центральної Європи до Далекого Сходу) і на рівнинах Середнього Заходу в Північній Америці. На два тижні в середньому зменшився період льодоставу на річках України. Британські натуралісти повідомляють про зміщення на північ ареалів деяких видів птахів. У Гренландії в останні роки різко прискорився рух льодовиків, які спускаються до моря. Потепління впливає

74

і на економічні процеси: рівень урожайності зернових, коливання ціни на нафту на біржах світу тощо.

Для умов України основні прояви змін клімату полягають у нестабільності погодних умов, збільшенні імовірності таких несприятливих атмосферних явищ як урагани, смерчі, посухи, сильні зливи, тривалі періоди спеки, деяке зміщення сезонів.

Тенденцією останніх років є зменшення часу життя погодних явищ. Якщо раніше можна було сказати, що середній строк життя циклону - тиждень, то зараз - 3-4 дні. Це означає, що швидше відбувається перехід води з однієї фази в іншу. Таким чином, фактично збільшується і сумарна кількість опадів, хоча кількість води на Землі незмінна. Надлишкова кількість опадів і є основною причиною більш частих повеней у західній Україні останнім часом. Ситуацію зі зміною погодних умов можна прослідкувати на наведених картах температур та кількості опадів з 1961 по 2007 рік у додатках 1 – 3. Відмічається збільшення зимових температур в межах України приблизно на один градус. Зміни літніх температур виражені слабкіше. А розподіл опадів має нерівномірний характер і залежно від географічних умов місцевості спостерігається як збільшення, так і зменшення кількості опадів.

Збільшилась частота так званих блокінгів – тривалих періодів встановлення певної погоди, як правило, екстремальної. Характер блокінга залежить від пори року: взимку він приносить потужні морози, влітку – сильну спеку, може супроводжуватись тривалою посухою або аномально сильними зливами. Це означає підвищення ймовірності зимових, як дуже сильних морозів, так і, навпаки, дуже помітних відлиг, а також імовірність частіших повеней і катастрофічних посух.

Можна виділити наступні аспекти впливу змін клімату на рослинництво:

Підвищення температури в січні – лютому, часті відлиги спричиняють нестійкість снігового покриву, а, отже, більшу ймовірність вимерзання озимих.

Тривалість весни скорочується, вона має затяжний початок, часто супроводжується відсутністю опадів і різким настанням спеки. Це погіршує схожість рослин, а пізні приморозки небезпечні для садових дерев і теплолюбних культур.

Підвищення температур влітку спричиняє порушення вологозабезпеченості рослин і зменшує врожайність таких куль-

75

тур, як картопля, цукровий буряк, в той же час збільшуючи стійкість томатів до фітофторозу.

Підвищення осінніх температур, перш за все в жовтні – листопаді, збільшує можливість збору пізніх сільськогосподарських культур (цукровий буряк, соняшник) та змінює строки ґрунтообробних операцій.

Негативним наслідком підвищення температури, особливо взимку, є порушення строків вегетації рослин, зміна тривалості періоду спокою, що знижує в цілому продуктивність сільськогосподарських культур.

Зменшення інтенсивності морозів покращує здатність до виживання комах: попелиць, мух різного типу. Вони переносять хвороби, що приводять до щуплості насіння, а отже, зменшення врожаю.

Відбувається зміщення на північ ареалів розповсюдження таких видів бур’янів, як амброзія полинолиста, галінсога дрібноквіткова, гринделія розчепірена тощо.

Більш стрімкий початок весни призводить до необхідності раннього і у стислі строки посіву ярих зернових.

У цілому, вегетаційний період розвитку сільськогосподарських культур в деяких широтах скоротився на 10 - 20 діб, а в інших збільшився на таку ж тривалість. Ці зміни приводять до зменшення урожаю, а іноді і його якості.

Таким чином, при деяких позитивних моментах змін клімату основний висновок можна зробити про те, що сильніше виражені негативні процеси в екосистемах природного, а особливо, антропогенного походження, і це викликає необхідність адаптуватись до цих змін, обирати інші сільськогосподарські операції, культури та строки їх вирощування.

Вплив забрудненого повітря на рослинність. До пере-

ліку забруднювачів повітря, які приносять найбільш відчутні збитки сільськогосподарському виробництву, відносяться озон, діоксид сірки, оксиди азоту, вуглеводні та фтористий водень. В умовах України основними галузями, що створюють масштабне забруднення повітря, є обробна промисловість, виробництво електроенергії та добувна промисловість. Шкідливі речовини проникають з повітря в рослини у результаті газообміну, а також з дощем і при осадженні туману й пилу на поверхні пагонів. Токсична дія залежить від концентрації забруднювача і тривалості

76

його впливу. Ознаками пошкодження можуть бути: акумуляція (накопичення) шкідливих речовин у рослині, зміщення рН на поверхні пагонів і в тканинах, знижена чи, навпаки, підвищена активність певних ферментів, розпад хлорофілу, депресія фотосинтезу, зміни в білковому обміні і вторинному метаболізмі, порушення росту і, насамкінець, зміни проникності і параліч замикаючих клітин.

У дерев порушується механізм всмоктування води і водний режим, листя опадає, пагони на верхівках гинуть. За умов меншого пошкодження дерева не гинуть, але їх продуктивність і приріст помітно знижуються. Ріст пагонів уповільнюється, річні кільця у деревині стають вужчими. В цілому картина пошкодження багатоманітна і доволі неспецифічна – одна і та ж речовина викликає у різних рослин неоднакові ефекти, а один і той же симптом може спричинюватись різними речовинами. Часто виникають лише окремі, а не всі можливі ефекти.

Різні види рослин неоднаково чутливі до шкідливих газів. Сірчистий газ SO2 викликає порушення водообміну в листі через свою здатність взаємодіяти з вологою з утворенням кислоти. Дуже чутливими до нього є люцерна, люпин, шпинат, редиска, ячмінь, бавовник, чутливі горох і вика, стійкі ріпак, цибуля, кукурудза.

До фтористого водню дуже чутливі кукурудза, петрушка, цибуля, слива; чутлива люцерна; стійкі пшениця, томати, соняшник, буряк, квасоля.

До оксидів азоту дуже чутливі шпинат, квасоля, овес; стійкі капуста, гарбуз, суниці, цибуля.

Варто зазначити, що в останнє десятиліття значно зменшилися викиди цих речовин у повітря, проблема кислих опадів вже не стоїть так гостро.

Озон утворюється в приземному шарі повітря перш за все як побічний результат фотохімічного смогу. Він сильний окислювач і здатен викликати загибель тканин рослини. Підвищені концентрації озону фіксуються передусім у великих містах в періоди спекотної погоди.

Перераховані газоподібні забруднювачі не створюють ефекту накопичення в рослині і на якість отриманої продукції не впливають. Ефекти полягають у пригніченні рослини і зниженні її продуктивності.

77

Чутливість культурних рослин до важких металів і радіонуклідів. Щоб забезпечити нормальне протікання обмінних процесів, рослини активно поглинають корінням дефіцитні іони і затримують зайві іони. Але відбуваються ці процеси у різних рослин з різним результатом. Ті рослини, що не здатні повністю виключити проникнення зайвих іонів у метаболічні центри, страждають від їх надлишку, знижується врожайність, погіршується якість продукції, а накопичення високотоксичних елементів (кадмію, свинцю, цинку, миш’яку, ртуті й ін.) викликає загрозу отруєння споживачів. Тому важливо знати умови накопичення токсикантів різними рослинами, їхніми окремими органами й інтенсивність протікання цього процесу.

Найбільші хвилювання з точки зору накопичення в рослинній продукції викликають важкі метали та радіонукліди.

Важкі метали – це умовна назва металів, які мають густину понад 8 г/см3, відносну атомну масу понад 50 а.о.м., більшість з них токсичні.

Найбільш токсичними (І клас небезпечності) є свинець, ртуть, уран, торій, кадмій, хром, нікель, кобальт. Також токсичні германій, олово, вольфрам, молібден, вісмут. Багато з них (Cu, Zn, Ni, Co та ін.) у мікрокількостях необхідні для рослин і нормальної життєдіяльності людини, проте є високотоксичними при підвищенні концентрації. Основну частину важких металів рослини отримують з ґрунту та частково зі зрошувальними водами, оскільки в атмосферному повітрі ці елементи тривалий час знаходитись не можуть. За своїм походженням важкі метали в ґрунті поділяються на три групи:

а) літогенні, що є в складі гірських порід; б) педогенні, що пов’язані з ґрунтом;

в) антропогенні, які потрапляють у ґрунт як результат діяльності людини.

Найбільшу небезпеку становить остання група, оскільки вона пов’язана з додатковим надходженням важких металів у ґрунт. Джерелами антропогенного забруднення важкими металами є тверді відходи промисловості, викиди металургійних і хімічних підприємств, сміттєспалювальних заводів, ТЕС, пожежі тощо. Підвищений вміст важких металів може бути наслідком застосування в сільськогосподарському виробництві меліорантів, добрив та пестицидів, а також використання для зрошення побу-

78

тових і промислових стічних вод. У табл. 1.17 наведений фоновий (природний) вміст важких металів у ґрунтах України. Дані таблиці свідчать, що в природних умовах чорноземні ґрунти здатні утримувати найбільшу кількість важких металів. Посилює міграцію важких металів підвищення кислотності ґрунтів.

Таблиця 1.17

Фоновий вміст валових форм важких металів і миш’яку в ґрунтах, мг/кг [17]

Ґрунти	Zn	Cd	Pb	Hg	Cu	Co	Ni	As
Дерново – підзолисті	45	0,12	15	0,10	15	10	30	2,2
суглинкові і глинис-
ті
Сірі лісові	60	0,20	16	0,15	18	12	35	2,6
Чорноземи	68	0,24	20	0,20	25	25	45	5,6
Каштанові	54	0,16	16	0,15	20	12	35	5,2

Рівень забруднення та закономірності просторового поширення важких металів залежать від потужності підприємств - забруднювачів, тривалості їх діяльності, якості сировини, технології виробництва, ефективності роботи очисних споруд. У більшості випадків забруднення ґрунтового та рослинного покриву носить локальний характер. Воно проявляється у радіусі десятків кілометрів від джерела забруднення. Найнебезпечніші наслідки спостерігаються на територіях, що прилягають до підприємств. Наприклад, на металургійних заводах підвищений вміст важких металів виявляється на відстані до 15 - 20 км. Зона впливу комбінатів по виробництву азотних добрив простягається до 40 км.

Забруднення важкими металами в межах України носить спорадичний характер і фіксується практично в усіх областях. Відносно безпечними можна вважати лише Чернівецьку, Одеську, Кіровоградську та частково Закарпатську області (див. додаток 4).

Потужним джерелом небезпечного важкого металу – свинцю – тривалий час був автотранспорт. Тетраетилсвинець використовувався як антиденотаційна добавка до бензину. І хоча зараз такі (етильовані) види палива заборонені, але форми свинцю залишаються переважаючим видом забруднення ґрунту поблизу автомагістралей. Причому, максимуму концентрацій вони досягають на відстані 5 – 10 м від автотрас [22]. Спостерігається се-

79

зонна зміна концентрацій з підвищенням вмісту в осінньо– зимовий період (приблизно в два рази). Це можна пояснити детоксикацією ґрунту рослинами під час росту, а після їх відмирання восени свинець знову повертається у ґрунт. Також забрудненню середовища важкими металами сприяють цементні заводи та гірничодобувні підприємства.

Встановлено, що найбільша кількість важких металів накопичується, як правило, у коренях рослин, потім у стеблах, далі в листі й найменше в зерні, а також у корене- і бульбоплодах. У дрібних плодах моркви, буряків, кабачків, гарбузів міститься більше свинцю, і менше міді, миш’яку, цинку. А великі плоди відрізняються більшим накопиченням усіх названих елементів. До того ж у покривних тканинах вміст важких металів вищий, ніж у м’якоті [10].

Рослини різних видів мають неоднакову здатність до накопичення важких металів. Як загальну закономірність можна відмітити найбільш високе накопичення в овочах, особливо листкових, і силосних рослинах, і найменше накопичення в злакових і технічних культурах. Так, найкращими накопичувачами свинцю вважаються бобові. Якщо вздовж автомагістралей висаджувати люцерну серповидну, конюшину гібридну і повзучу, мишачий горошок, то можна забезпечити більш інтенсивну детоксикацію території.

Найлегше поглинаються і накопичуються в їстівних частинах рослин такі елементи, як цинк, марганець, кадмій, молібден. Навпаки, поглинання свинцю, ртуті, хрому досить обмежене. Інтенсивність поглинання рослинами важких металів відповідає такій послідовності:

Кадмій ≈ Цинк ≈ Талій > Нікель ≈ Мідь > Свинець > Хром > Ртуть.

Кількість токсичних металів значно більша в овочевій продукції, що вирощується в зонах забруднення внаслідок аварії на Чорнобильській АЕС, порівняно з продукцією з незабруднених регіонів. Це може свідчити про порушення нормальних механізмів розвитку рослин за умов радіоактивного забруднення.

Останнім часом з’явилися припущення, що до 50% важких металів рослини можуть отримувати не кореневим шляхом, а з аерозолями повітря.

80