Восстановление земель и почв

Значение и содержание процесса рекультивации земель (не почв) общеизвестно. Несмотря на неконкретность и безразмер- ность определения «земель» уже наработана технология вос­становления их предварительного плодородия (рекультивации) после техногенного нарушения, а также улучшения условий окружающей среды.

На первом этапе рекультивации производится планировка местности - выравниваются рвы, засыпаются карьеры и пр., наносится нарушенный перемешанный слой почвы. Не труд­но представить, какие изменения естественного сложения по­чвы и породы в результате этого происходят. Возрастает гете­рогенность и неоднородность плодородного слоя, нарушается «экологическая память» почвы и резко снижаются ее «иммун­ные силы». Естественно, о восстановлении имевшейся при­родной плодородной почвы не может быть и речи. Выполня­ется так называемая техническая рекультивация.

На втором этапе восстанавливается растительный покров, нарабатываются элементы сельскохозяйственных технологий, древесных насаждений или осуществляется рекультивация биологическая. Интересно сопоставление влияния на плодо­родие почвы ее строения и сложения при «нулевой обработ­ке», мелкой обработке, обычной отвальной обработке, глубо­кой отвальной обработке и коренных технологических разра­боток, когда на почву оказывается резко возрастающее нега­тивное воздействие и это особенно заметно начинает прояв­ляться уже с глубокой отвальной обработки.

Важное прикладное значение при рекультивации земель имеет изучение образовавшихся экосистем, агроэкосистем, ко­торые отличаются от природных нестойким естественным рав­новесием, реальной устойчивостью, поскольку в природных условиях смена их структуры происходит постепенно. Когда же осуществляется неконтролируемое безсистемное вмешатель­ство и нарушается сбалансированность и равновесие между экосистемами, резко снижается стойкость агроэкосистем, ухуд­шаются целостные системы живых (автотрофных продуцен­тов, гетеротрофных консументов и редуцентов) и неживых (аби­отических) компонентов.

Кстати, необходимо параметрировать экосистемы потому, что они очень безразмерны: от планеты Земля до капли воды. Известно, что хранителем информации и каналов связи меж­ду экосистемами является внешняя окружающая природная среда. При этом такие связи весьма динамичны и зависят от размеров экосистем, их биоэнергетического содержания, ин­тенсивности обмена веществ и энергии, сбалансированности автотрофных и гетеротрофных процессов, стадий и степени развития экосистем. Содержание гумуса определяет уровень почвенного плодородия и степень развития экосистем. Поэто­му важно установить биоэнергетическую экосистемную связь порода - плодородная породу (молодая почва) - почва. Следу­ет определить - порода это, экосистема или экомонос, а техно­генная разработка - ландшафт или пейзаж (местность). Как влияет биоэнергия окружающих экосистем на стабилизацию рекультивируемых экосистем, и в целом экоценоза?

Весьма перспективна рекультивация ландшафтов с целью оптимизации биоэнергетики экосистем, улучшения их струк­туры и повышения стабильности. Согласно прогнозу ученых до 2030 года в мире из сельскохозяйственного оборота будет исключено более 40 млн. га пашни, причем в странах ЕС со­кращение составит около 50 %. Это произойдет главным обра­зом за счет внедрения новых биологических и ландшафтных агротехнологий при использовании новых сортов и гибридов, а также ГМО. Агроценозы станут более устойчивыми к забо­леваниям и вредителям, а также возможному потеплению кли­мата. Под агротехнологии будут отводится наиболее плодо­родные почвы. Примерно в два раза (до 15-17 млн. га) сокра­тится площадь пашни в Украине: она будет составлять 25- 30% к площади суши, или примерно столько же как в Герма­нии и Франции.

15. БИОЭНЕРГЕТИКА ЭКОСИСТЕМ ЛАНДШАФТА

15.1. Оптимизация прямых и обратных полиэнергетических

связей экосистем

Эколого-ландшафтная пространственная структура - кон­струкционная система ландшафтизации растениеводства. В этой связи необходима разработка концепции ведения растениевод­ства на биоэнергоэкосистемном уровне. Обязательно опреде­ление природных ресурсов ландшафтных ячеек, включающих биологические, агроэкологические и другие условия, необхо­димые для реформирования продуктивности агроценозов. Это позволит производить агромониторинг и, в частности, опре­делять сельскохозяйственную, в т.ч. растениеводческую на­грузку для конкретной территории, создавать биологически и структурно сбалансированные антропогенные образования, с учетом оптимальной площади пашни, выделять агроценоэные провинции.

Необходимо обстоятельное изучение и параметрирование биоэнергетического потенциала экосистем (пашни, леса, озе­ра, реки, поселки и др.) и конечно агроэкосистем, их взаимо­действия, а также оптимальных условий их работы с высоким коэффициентом полезного действия и требуемой надежнос­тью. Очень важно обозначение процессов взаимодействия и регулирования биоэнергетики экосистем при их природной, экспериментальной и математической оценке.

Прежде, чем выделить возможные процессы стабилиза­ции биоэнергии эколого-ландшафтной пространственной струк­туры, целесообразно кратко остановиться на описании некото­рых положений.

Известно, что все живое на нашей планете находится под действием слабого электрического поля, создаваемого избы­точным отрицательным зарядом Земли. Земной шар, как про­водник, и высотные проводящие слои атмосферы образуют сферический конденсатор, линии напряженности которого на­правлены от ионосферы к поверхности Земли. Величина на­пряженности поля у ее поверхности составляет примерно 150 В/м, но при грозах она может возрастать в сотни раз.

Энергетической характеристикой электрического поля яв­ляется потенциал.

В земных условия воздух всегда содержит некоторое ко­личество ионов благодаря природным ионизаторам, главным образом радиоактивным веществам, в почве и газах, косми­ческому излучению. Ионизатором может быть свет, рентгено­вское излучение, ионизирующее излучение и др. Электричес­кий заряд в воздухе может образоваться и при распылении в нем полярных жидкостей (баллоэнергетический эффект), т.е. таких жидкостей, молекулы которых имеют постоянный элек­трический дипольный момент. Так, например, при дроблении в воздухе вода распадается на заряженные капельки. Знак за­ряда крупных капель положительный для чистой воды и про­тивоположен знаку мельчайших. Более крупные капли срав­нительно быстро оседают, и в воздухе остаются отрицательно заряженные частицы воды.

Электропроводность зависит также от вторичной иониза­ции. Ионы и электроны, находящиеся в воздухе, могут, при­соединяясь к нейтральным молекулам и взвешенным части­цам, образовывать более сложные ионы. Их называют аэро- ионами. Они различаются не только знаками, но и массой и условно делят на легкие (газовые ионы) и тяжелые (взвешен­ные заряженные частицы - пылинки, частицы дыма и влаги). Известно, что тяжелые ионы вредно действуют на организм. Легкие и в основном отрицательные аэроионы оказывают бла­готворное влияние.

Поток аэроионов вокруг находящегося в нем тела создает электрическое поле. Собственные электромагнитные поля за­регистрированы у человека, лягушки, насекомых на расстоя­нии от нескольких сантиметров до нескольких метров от по­верхности тела. Предполагается, что взаимодействием собствен­ного электромагнитного поля и геомагнитным можно объяс­нить навигацию рыб, птиц и насекомых.

Живые организмы получают посредством природных элек­тромагнитных полей информацию о состоянии внешней сре­ды в дополнение к информации, доставляемой обычными орга­нами чувств.

Скорость электромагнитных волн совпадает со скоростью света. Квантовый характер электромагнитного излучения ус­тановлен для всего электромагнитного спектра от длинных радиоволн.

Все тела в природе способны электризоваться, т.е. приоб­ретать электрический заряд. Наличие электрического заряда проявляется в том, что заряженное тело взаимодействует с другими заряженными полями. Имеются два вида электри­ческих зарядов, условно называемых положительными и от­рицательными. Все вещества хотя бы в ничтожной степени проводят электрический ток.

Носители тока в газах, как уже отмечалось, могут возни­кать в результате внешних воздействий, не связанных с нали­чием электрического поля -нагреванием газа (термическая иони­зация), воздействием ультрафиолетовых или рентгеновских лучей, воздействием излучения радиоактивных веществ, ла­зером и др. Кстати, слово «лазер» образовано от первых букв английской фразы Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation, что означает усиление света вынужденным излуче­нием. Магнитным полем называют вид материи, посредством которой осуществляется силовое воздействие на движущиеся электрические заряды, помещенные в поле, и другие тела, обладающие магнитным моментом.

Биотоки, возникающие в организме, экосистемах, являют­ся источником слабых магнитных полей. Имеются сведения о морфологических изменениях у растений после пребывания в постоянном магнитном поле, об ориентации растений в маг­нитном поле. Естественно, что первичными во всех случаях являются физические или физико-химические процессы. Ими могут быть ориентация молекул или ионов в неоднородном магнитном поле, силовое воздействие на ионы и т.д.

Определяющее влияние на экосистемы и их взаимодей­ствие оказывает поток солнечной радиации, величина которо­го на 1 м² площади границы земной атмосферы составляет 1350 Вт. Эту величину называют солнечной постоянной. В зависимости от высоты Солнца над горизонтом путь, прохо­димый солнечными лучами в атмосфере, изменяется в до­вольно больших пределах с максимальным различием в 30 раз. Даже при самых благоприятных условиях на 1 м² поверх­ности Земли падает поток солнечной радиации 1120 Вт.

Способность тела поглощать энергию излучения характе­ризуют коэффициентом поглощения, равным отношению по­тока излучения, поглощенного данным телом, к потоку излу­чения, упавшего на него; тело, у которого коэффициент по­глощения равен единице, для всех частот называют черным. Оно поглощает все падающее на него излучение.

Необходимо помнить, что в физическом смысле чйрных тел в природе нет, это понятие - физическая абстракция. Мо­делью черного тела является маленькое отверстие в замкну­той непрозрачной полости. Луч, попавший в это отверстие, многократно отразившись от стенок, почти полностью будет поглощен. Обычно эту модель и принимают за черное тело. Темная почва обладает сильным лучепоглощением и нагрева­ется сильнее* чем почва более светлых оттенков; неровная по­верхность также нагревается больше, чем плоская. Почва на южных склонах нагревается сильнее, чем на северных.

Известно, что наибольшей теплоемкостью обладает вода, наименьшей - воздух. Влажные почвы наиболее теплоемки, и чтобы их прогреть, необходимо много тепла. В этой связи тяжелые глинистые почвы считаются «холодными», а легкие песчаные - «теплыми».

Существенное влияние на взаимодействие агроэкосистем оказывают диффузия и конвекция воздуха, испарение и кон­денсация водного пара. Диффузия - основной механизм, обес­печивающий газообмен между почвенным и атмосферным воздухом, т.е. вынос углекислого газа из почвы в атмосферу и перенос кислорода в обратном направлении. Благодаря диф­фузии осуществляется питание растений.

В ясный день полевой участок нагревается солнцем силь­нее, чем водный бассейн или лесной массив. Расположенная над этим участком воздушная масса также нагревается силь­нее соседних масс и, сделавшись более легкой, начинает под­ниматься (конвекция), так как давление в атмосфере убывает с высотой, то по мере подъема воздушная масса будет расши­ряться и, следовательно, адиабатически охлаждаться. Когда ее температура понизится до точки, соответствующей точке росы, водяной пар, находящийся в воздушной массе, начнет конденсироваться на ядрах конденсации.

Газ, находящийся при температуре, меньшей критической, называется паром. Вода и углекислый газ в нормальных ат­мосферных условиях находятся при температуре, меньшей критической, и поэтому могут существовать как в жидком так и в газообразном (парообразном) состояниях.

Воздух и водород в нормальных атмосферных условиях мбгут существовать только в газообразном состоянии.

Испарение сопровождается охлаждением жидкости. Хао­тически движущиеся молекулы пара, подлетая к поверхности жидкости, могут попасть в сферу действия сил притяжения ее молекул и перейти в жидкость. Этот процесс называется кон­денсацией. При конденсации жидкость нагревается, так как влетающие в нее молекулы пара возвращают ей повышенную кинетическую энергию, унесенную при испарении. Процессы испарения и конденсации идут одновременно. Если преобла­дает первый из них, то количество жидкости уменьшается, а количество пара над ней увеличивается и наоборот.

Пар может уноситься в окружающее пространство путем диффузии или же благодаря воздушным потокам.

Следует помнить, что абсолютная влажность - это масса водяного пара, отнесенная к объему воздуха, в котором она содержится; максимальная влажность - масса водяного пара, которая соответствовала бы насыщению при данной темпера­туре, отнесенная к объему воздуха, в котором она содержится.

В этой связи относительная влажность - выраженное в процентах отношение абсолютной влажности к максимальной.

Точка росы - это точка, соответствующая температуре, при которой пар, находящийся в воздухе, становится насыщенным. Она характеризует начало конденсации водяного пара. При его конденсации в атмосфере образуются: на поверхности роса, в приземном слое воздуха туман, в свободной атмосфере - облака. В районах, где происходит испарение воды, поглоща­ется большое количество теплоты, а где конденсация пара, эта теплота выделяется. Испарением, например, объясняется уме­ренность климата приморских районов, и не только их; с ним связанно и взаимовлияние экосистем.

Для более адекватного описания свойств биологических систем во многих случаях, по мнению Ю.А. Владимирова и др., целесообразно применение термодинамики необратимых процессов. Полагаем, что это возможно и для характеристики экосистем, в том числе и агроэкосистем. В отличие от класси- ¹ ческой термодинамики, в термодинамике необратимых про­цессов рассматривается течение процессов во времени. Извес­тно, что фундаментальное понятие классической термодина­мики - равновесное состояние. В термодинамике же необрати­мых процессов также важным можно считать и стационарное состояние системы. Она в стационарном состоянии является открытой и может существовать лишь за счет притока энергии извне и оттока энергии в окружающую среду.

В биологических и экологических системах наиболее важны­ми потоками являются потоки веществ и электрических зарядов.

Акцентируется внимание на том, что при применении тер­модинамики в биологических и экологических системах сле­дует учитывать особенности их организации. В этой связи уче­ными выделяются следующие положения:

а) биологические и экологические системы открыты для потоков вещества и энергии;

б) процессы в биологических и экологических системах в конечном счете имеют необратимый характер.;

в) биологические и экологические системы далеки от рав­новесия;

г) биологические и экологические системы гетерофазны и структурированы.

Термодинамика изучает количественные закономерности превращения энергии в различных процессах (тепловых, ме­ханических, электрических, магнитных и др.), обусловленных тепловым (беспорядочным) движением молекул.

Термодинамической системой называется макроскопичес­кое тело или группа тел, которым свойственны процессы, со­провождающиеся переходом теплоты в другие виды энергии, и обратные процессы. Если внешние условия неизменны, то термодинамическая система, оказавшаяся в этих условиях, приходит через некоторое время в состояние, при котором в ней прекращаются всякие макроскопические изменения. Та­кое состояние называется термодинамическим равновесием. Переход системы из одного состояния в другое называется термодинамическим процессом.

Согласно первому началу термодинамику, все количество теплоты, переданное системе, идет на изменение внутренней энер­гии системы и совершаемую системой работу. Будучи не созида­емой и неуничтожаемой, энергия может видоизменяться.

Все виды энергии (механическая, электрическая, световая и т.д.) самопроизвольно и притом полностью переходят в теп­лоту, тогда как для теплоты такие превращения в другие виды энергии не имеют места.

Ю.А. Владимиров и другие отмечают, что в неравновес­ной термодинамике возможно сопряжение потоков и сил. Со­пряжение потоков означает, что они сами по себе невозмож­ны, сопровождаются повышением свободной энергии, могут оказаться возможными за счет других сил. В большинстве биологических и экологических процессов может происходить, к тому же, и преобразование энергии, когда входная мощ­ность превышает выходную.

Термодинамика линейных необратимых процессов, т.е. процессов, где потоки и силы связаны линейно, по их мне­нию, объясняет особенности открытых систем - сопряжение потоков и возникновение стационарных неравновесных состо­яний.

Как отмечалось, устойчивость эколого-ландшафтной про­странственной структуры зависит от сбалансированности эко­систем. Оптимальное сочетание экологических механизмов определяет процесс самовосстановления и стабилизации эко­систем и, несомненно, агроэкосистем. Резко дестабилизирует ее высокая распаханность, низкая облесенность, недостаточ­ность площадей и неухоженность сенокосов и пастбищ и др. В перспективе развитие биотехнологии будет способствовать рас­ширению искусственных процессов производства белка и под экологическое растениеводство будут отводиться только пла- корные участки. Естественно,^изменятся структура и площади экосистем путем расширения лесонасаждений, сенокосов, пас­тбищ и др. Эколого-ландшафтные пространственные структу­ры станут более сбалансированными. Получат распростране­ние сложные агрофнтоценозы, которые будут способствовать снижению затрат на поддержание искусственного однообра­зия посевов. Комплексное действие и синергизм биоэнергии - необходимое условие стабилизации ячейки, оптимизации ра­боты ее экологической системы, повышения энергетического коэффициента полезного действия эколого-ландшафтной про­странственной структуры.

Растения представляют собой основу биологического про­цесса создания органического вещества. В результате фото­синтеза зеленые растения используют солнечную энергию для преобразования двух простых соединений с небольшим со­держанием энергии (углекислого газа и воды) для создания сложных органических соединений, в которых часть солнеч­ной энергии преобразована в химическую.

Величина поглощения солнечной энергии растениями и перевод ее в химическую форму определяет информационную специфику биоэнергетического потенциала ландшафта, его неравновесность и уровень отрицательных обратных связей или степень саморегулирования.

Оптимально экосистемно структурированный ландшафт активизирует накопление и перевод солнечной энергии в хи-. мическую действенную форму. Поэтому ландшафт - энерго- воспроизводящая и энергосодержащая система.

В ландшафтах происходит сложный комплексный взаи­мообмен энергией и информацией между экосистемами пре­имущественно на биоэнергетическом, биофизическом и био­экологическом уровнях. В этой связи повышение синергизма указанных процессов - взаимное направление саморегулиро­вания и стабилизации ландшафтов.

Обязательно составление динамичных балансов перемеще­ния энергии и вещества (массоэнергообмена), поступающих в ландшафт и уходящих из него.

Необходима территориальная структуризация составных компонентов ландшафта на эколого-ландшафтной основе для формирования устойчивых экосистем (агроэкосистем).

Экология ландшафта, обосновывающая его структуру и особенности функционирования экосистем (агроэкосистем) в конкретных условиях при антропогенных воздействиях явля­ется теоретической основой обеспечения устойчивости экосис­тем, стабилизации баланса веществ и биоэнергии.

Одум Ю. (1975) отмечает, что все экосистемы характеризу­ются наличием потоков энергии; трофических цепей; структур пространственно-временного разнообразия; биогеохимических круговоротов воды и элементов; развития и эволюции; управ­ления.

Отличительной особенностью ландшафта как уже отмеча­лось, является то, что в нем осуществляется перевод кинети­ческой солнечной в потенциальную энергию, когда в процессе фотосинтеза растений создается более 90% органического ве­щества. Следует отметить, что поглощенная в этом случае энер­гия не исчезает, а переходит из одной формы в другую: свето­вая - в химическую, химическая - в механическую или тепло­вую, которая используется для роста, развития растений и т.д.

При этом особенности и динамика перевода солнечной энер­гии в химическую форму определяют информационную спе­цифику «живого вещества», его разнообразие, самоорганиза­цию, дифференциацию и неравновесность. Считается, что оп­тимальная продуктивность фотосинтеза соответствует образо­ванию 5-6 г сухой массы на 1 м² площади листьев за сутки.

Нами дано новое определение ландшафта: ландшафт - энергоинформационная система, уровень сложности или орга­низации материи которой определяется «давлением жизни».

Ландшафт, несомненно, единая, прежде всего, биологи­ческая система, «вещество, охваченное жизнью», с необходи­мой организацией, динамичным единством зависимости и обус­ловленности составляющих компонентов (экосистем). При этом между входящими в ландшафт экосистемами должно быть динамичное биоэнергетическое равновесие.

Агроценозы должны иметь определенные структурные и морфологические признаки, физиологическую специфику, что­бы можно было создать наиболее благоприятные условия для фотосинтеза и получения высокой урожайности растений. Это касается и структуры агроценозов ландшафта и конечно эко­систем, т.к. фотосинтетический объем ландшафта характери­зует его биоэнергетический потенциал.

В этой связи обязательно необходимо учитывать специфи­ку видов, сортов и гибридов растений. Так раннеспелые расте­ния, с коротким вегетационным периодом раньше плодоно­сят, но они менее урожайны (биоэнергетичны), чем позднес­пелые, с более длительным временем вегетации. Поэтому аг- роэкологические зоны являются основой структурирования агроценозов и экосистем и следовательно, при более благопри­ятных условиях для произрастания сельскохозяйственных ра­стений должны возрастать площади посева позднеспелых куль­тур, сортов и гибридов, как более урожайных, а также коэф­фициент использования пашни.

Экспериментально доказано, что при посеве растений длин­ного дня рядками направленными с севера на юг, а короткого дня (подсолнечник, кукуруза и др.) - с востока на запад. Они лучше растут, развиваются и бывают более продуктивными. Это обосновывается тем, что при размещении растений с севе­ра на юг они лучше освещаются в утренние часы, когда отно­сительно больше длинноволновых лучей и они падают пер­пендикулярно к рядкам. Посевы с рядками, расположенными с востока на запад получают больше коротковолновых лучей в течение дня, чем при посеве с севера на юг. В полдень, когда в солнечном свете сравнительно много коротковолновых лу­чей, растения в ряду затеняют друг друга.

Кроме освещенности, при определенной ориентации ряд­ков, создаются более благоприятные условия питания, расте­ний, т.к. проявляется реакция кЬрневой системы на направ­ленность магнитных силовых линий Земли.

Это обязательно следует учитывать при возделывании аг­роценозов.

Почва, атмосфера, вода, естественная и антропогенная ра­стительность и др. являются сложными и динамичными сис­темами, в которых осуществляется единый многоступенчатый процесс синтеза-распада, имеющий в основе своей преимуще­ственно биоэнергетическую, биохимическую и микробиологи­ческую специфику.

Необходимо отметить что ландшафт - это ресурсосодер- жащая и ресурсовоспроизводящая открытая система. Поэтому обязательно составление балансов вертикального и горизон­тального обмена вещества и биоэнергии (массоэнергообмена) по сезонам: весной, летом и осенью, с учетом определяющего значения фотосинтеза. Важен динамичный по годам и в тече­ние вегетационного периода показатель биоэнергетики почв, леса, воды, луга, пастбища, поселка, завода и т.д.

В.В. Докучаев писал о том, что в обосновании и классифи­кации ландшафтов преобладают геологический и геохимичес­кий подходы, а необходим биологический.

Следует отметить, что в динамичном процессе синтез-рас­пад живого вещества (С-Р) обычно превалирует синтез, так как на дыхание расходуется где-то около 20% биоэнергии.

Как синтез так и распад живого вещества вызывает гете­рогенность и неравновесность биоэнергетического потенциала ландшафтов, его динамичность. В этой связи необходимо обо­значение (параметрирование) биоэнергетических потенциалов ландшафтов различных вариаций: лесного, горного, лесостеп­ного, степного, песчаного, болотного и др.

Известно, что ноосфере присуща единая диалектическая основа: живое -косное, синтез - распад, фотосинтез - дыха­ние и т.д.

В связи с необходимостью обозначения биоэнергетическо­го потенциала почвы («иммунных сил»), особый интерес при­обретает вопрос об аккумуляции энергии в клетках микроорга­низмов. Отмечается, что они по мнению E.H. Мишустина, В.Т. Емцева (1978), накапливают энергию в форме соединений, об­ладающих так называемыми макроэргическими связями.

При гидролитическом расщеплении макроэргических свя­зей энергия освобождается и может быть использована для синтетических реакций. Следовательно, в форме соединений с макроэргическими связями микробные клетки накапливают значительное количество энергии и расходуют ее на синтез необходимых для жизни растений веществ.

В связи с тем, что количество микроорганизмов в 1 г по­чвы колеблется от 300 млн. до 3 млрд., потенциал биоэнерге­тики происходящих в ней процессов значительно различается. Известно, что гектар плодородного чернозема содержит в гу­мусе и органических остатках около 10⁹ ккал. Эта биоэнергия и является основой почвенного плодородия. Считаем, что орга­нический тип энергетического процесса в сравнении с неорга­ническим шире и более значителен.

Следует отметить, что повышение биоэнергии синергизма биофизических процессов - основа усиления отрицательных обратных полисвязей экосистем и саморегулирования стабиль­ности ландшафтов.

Важным показателем ландшафта является специфика рас­тительного покрова: густота и облиственность растений, дли­тельность вегетационного периода, величина проективного покрытия растений и др.

Известно, что температура поверхности растений зависит от их окраски. Так желтые цветки имеют температуру выше окружающей на 6-8 градусов и т.д.

Фотосинтез и дыхание на свету происходят одновремен­но, они тесно взаимосвязаны и являются основой обмена ве­ществ и энергии зеленого растения ландшафта.

В связи с гетерогенностью и неравновесностью ландшаф­ты богаты информацией, что связано с дифференциацией пло­дородия почвы по горизонтам и площади, мозаичностью мех- состава, динамикой влажности почвы и содержания в ней пи­тательных веществ, неоднородностью ценозов и агроценозов, различиях в этапах органогенеза и времени их происхожде­ния, разновременности созревания растений и др. В то же вре­мя необходимо ввести определение «параметрированная гете­рогенность» и определить ее размеры когда идет речь, прежде всего об антропогенных образованиях. Например, при систе­матике почвенных вариаций для нарезки полей под севосме- ны с допустимыми различиями в плодородии почв и ланд- шафтизации растениеводства, для исключения чрезмерной мозаичности посевов и т.д.

Следует отметить, что по величине коэффициента синтеза биоэнергии можно судить о направлении и интенсивности происходящих процессов (табл.23).

23. Коэффициенты динамики биоэнергии

Следует отметить единство процесса синтеза-распада био­энергии в биосфере, которая обычно неравновесна и в которой преобладает синтез.

Известно, что по специфике связей, их форме ландшафт значительно уступает организмам, кристаллам и др. Ему при­суща более слабая интеграция.

Обычно в общей теории систем различают связи прямые и обратные, а среди обратных - положительные и отрицатель­ные. Обратная связь положительна, когда результат процесса усиливает его, в связи с чем система удаляется от исходного состояния. Особо значительна роль механизма отрицательной обратной связи при стабилизации экосистем ландшафтной ячей­ки, агроценозов.

Необходимо изучить и обосновать имеющиеся отрицатель­ные обратные полисвязи между компонентами.

Считаем целесообразным принятие ландшафтной биоэнер­гетической единицы - парцеллы, равной 1000 МДж.

Согласно международной системе «СИ» обменную и ва­ловую энергию нужно выражать в джоулях (Дж). Для пере­счета энергии в соответствии с ГОСТом 9867-61 1 Дж равня­ется 0,2388 калории, а 1 калория = 4,1868 Дж;

1000 Дж = 1 кДж; 1000 кДж = 1 МДж (мегаджоуль). Например, при урожайности ярового ячменя 40 ц/га (соломы - 20 ц/га) будет получено биоэнергии примерно в 300 МДж с гектара, или 6,3 ландшафтных парцеллы. Подобные расчеты легко получить по другим культурам, лугам, пастбищам, лесу и т.д., что позволит определить в динамике биоэнергию над­земной части растений, экосистем и ландшафтной ячейки.

В перспективе ландшафтная парцелла будет включать био­энергетику массы корней, их выделений и другие показатели, которые позволят определить динамичную биоэнергетику ем­кости взаимодействия экосистем.

Главное же состоит в том, чтобы рационально-экономи­ческие задачи, решаемые с помощью ландшафтов, наиболее полно соответствовали их биоэнергетическому потенциалу.

В ландшафте - этом «веществе, охваченном жизнью», при вегетации растений происходит весьма сложный и динамич­ный, разновекторный, многоступенчатый обмен веществ и биоэнергии. При этом повышение плодородия почвы способ­ствует увеличению ее биоэнергетического потенциала.

В перспективе обязательно регулярное определение дина­мичного по годам и в течение вегетационного периода био­энергетического потенциала цосевов, почв, леса, лугов, паст­бищ, воды и др.

Несомненное значение, в этой связи, имеет учет измене­ния по годам естественной окраски светопоглощающей при цветении разнотравных и других растений (флюктуация), из­менение цвета поверхности агроценозов, почвы и др. (агротуа- ция), что оказывает существенное влияние на перераспределе­ние и динамику биоэнергии.

Для определения биоэнергетического потенциала био- и агроценозов ландшафтной ячейки необходимо изучение на­пряжения электрических и электромагнитных полей и др., их воздействия на динамику фотосинтетических процессов, про­исходящих в растениях.

Для адекватной оценки свойств биологических (ландшаф­тных) систем во многих случаях, по мнению ученых (И.При- гожина, Ж.Николиса, и др. 1973 г.), возможно применение термодинамики необратимых процессов. Это приемлемо и для характеристики экосистем, ландшафтных ячеек и агроэкосис- тем.

В неравновесной термодинамике возможно сопряжение потоков, которые сами по себе невозможны, сопровождающи­еся повышением свободной энергии могут оказаться возмож­ными за счет других процессов. В ландшафтных процессах, по-видимому, может происходить преобразование энергии, когда входная мощность превышает выходную.

Нами обозначены возможные процессы, потоки, их ин­тенсивность и направление при взаимодействии экосистем (пашни, луга, леса, озера, лесополосы, пастбища, поселки, шахты, аэропорта, железные дороги и др.) (см. таблицу 24)

24. Процессы, интенсивность и направление потоков энергии стабилизации эколого-ландшафтной пространственной структуры

Итак, в таблице обозначены 11 процессов стабилизации эко- лого-ландшафтной пространственной структуры: фотосинтез, динамизм плодородия почвы, диффузия, конвекция, испаре­ние и конденсация, электрический ток, электромагнетизм, био­энергетизм, барический процесс, синергизм экосистем и ноос- феризм! Обозначены потоки, их интенсивность и направление.

Считаем, что одно из возможных направлений определе­ния оптимальных, динамичных стабилизационных и синер- гизируемых взаимодействий экосистем это использование тер­модинамики необратимых процессов и компьютеризация.

Предположительно, что при использовании термодинами­ки для изучения процессов взаимодействия экосистем эколо- го-ландшафтной пространственной структуры следует учиты­вать особенности их организации.

Целесообразность использования термодинамики для оп­ределения процессов и их взаимодействия в экосистемах и ландшафтной ячейке объясняется тем, что она изучает коли­чественные закономерности превращения энергии в различ­ных процессах (тепловых, механических, электрических, маг­нитных и др.) обусловленного тепловым (беспорядочным) движением молекул.