ТЕРМОДИНАМИЧЕСКИЕ КРИТЕРИИ УСТОЙЧИВОСТИ ПОЧВЕННЫХ ЭКОСИСТЕМ И ПРОБЛЕМЫ ТОЧНОГО ЗЕМЛЕДЕЛИЯ > Полезные советы
Тысяча полезных мелочей    

ТЕРМОДИНАМИЧЕСКИЕ КРИТЕРИИ УСТОЙЧИВОСТИ ПОЧВЕННЫХ ЭКОСИСТЕМ И ПРОБЛЕМЫ ТОЧНОГО ЗЕМЛЕДЕЛИЯ

ТЕРМОДИНАМИЧЕСКИЕ КРИТЕРИИ УСТОЙЧИВОСТИ ПОЧВЕННЫХ ЭКОСИСТЕМ И ПРОБЛЕМЫ ТОЧНОГО ЗЕМЛЕДЕЛИЯ

Винокуров И.Ю. Корчагин А.А. Мазиров М.А. Обсуждается проблема описания устойчивости почвенных экосистем в рамках принципа Ле Шателье-Брауна. Статья в формате PDF 161 KB

Защитные (буферные) свойства почвенных экосистем в существенной степени определяются процентным содержанием органического вещества верхнего слоя почвы. Сохранение органического вещества, а вмести с ним и комплекса гуминовых кислот, его воспроизводство относится к проблеме устойчивости почвенных экосистем.

Реализация пpaктических задач этой актуальной проблемы нуждается в разработке новых методологических подходов. Нас не может устроить агрохимическая методология, в основе которой используется балансовый подход: вынесение питательных веществ из почвы должно быть компенсировано их внесением. Начало этого подхода было положено Либихом.

Однако модели, построенные на этой основе, страдают статичностью.

К.К. Гедройц усовершенствовал балансовый как чисто химический подход представлениями о почвенном поглощающем комплексе (ППК). В его представлениях почвенная энергетика обуславливалась физико-химическими процессами, оптимизацией ионного обмена, влиянием удобрений на эту оптимизацию. Подход К.К. Гедройца к описанию почвенных экосистем стал более совершенным: коллоидно-химическим.

Тем не менее, научные представления в указанных выше рамках не могут объяснить огромный опытно-экспериментальный материал, связанный с деградацией почвенных экосистем при систематическом наращивании минеральной компоненты, которое сопровождается распространением патогенных микроорганизмов. Они не приблизили исследователей к пониманию явления саморегулирования, хаpaктерного для сложных систем, в т. ч. и почвенных.

Почвенная экосистема, согласно представлениям, В.И. Вернадского - это фокус биосферы, в котором реализуются взаимные превращения минеральных и органических веществ. К ней должен применяться биогеохимический принцип (первый биосферный принцип) [1]. Почвенная энергетика в этой связи должна обуславливаться биогеохимической энергией, лежащей в основе концепции биогеоценозов и ее нельзя свести только к физико-химическим описаниям процессов. На это указывает синергизм между минеральной и биологической компонентами почвенных экосистем.

Такое определение, во-первых, уже предполагает совместное рассмотрение воздействия внешних факторов и отклик на них внутренних параметров системы, что хаpaктерно для синергетического подхода. Во-вторых, может быть рассмотрено в рамках термодинамического принципа Ле Шателье-Брауна: в устойчивой системе реализуются процессы компенсирующие внешние воздействия. В третьих, оно открывает возможности развить представления В.И. Вернадского о "термодинамическом поле системы" в рамках его биогеохимического принципа.

Этот принцип дополняет синергетические и термодинамические представления о единстве и целостности почвенной экосистемы сопряжением ее биологической и минеральной составляющих. Почва - фокус, на котором замыкается биосферный круговорот, поэтому синтез биологической и минеральной компоненты агроэкосистем невозможен без рассмотрения ее химического paкурса [8] .

Известно, что поступление азота в агроэкологическую систему в виде минеральных удобрений изменяет интенсивность азотфиксации. Как правило, происходит снижение азотфиксирующей способности симбиотических микроорганизмов [6]. Такие же тенденции наблюдаются и для несимбиотических (свободноживущих) микроорганизмов, например, сине-зеленых водорослей.

Ряд потоков вещества в агроэкологической системе, обусловлен процессами жизнедеятельности микроорганизмов. Если в нее вносится минеральный азот, который агроэкологическая система сама производит, то для сохранения устойчивости ей приходится "отключать" подсистемы, связывающие и производящие азот. Это явление мы назвали термодинамическим прессингом [2].

Термодинамический прессинг вызывает заболевание или даже гибель клубеньков симбиотического связывания азота, выпадение клевера из травосмесей: все зависит от дозы минерального азота. Как показали наши исследования на агроландшафтном стационаре, увеличение дозы азота с 0 до 90 кг/га приводит к уменьшению доли клевера в составе клеверо-тимофеечной смеси с 77 до 56%.

Следует допустить, что между продуктивностью агроэкологической системы, внесенными дозами удобрений и распространением болезней должна существовать взаимосвязь, обусловленная взаимодействием потоков веществ. Здесь болезни растений можно также рассматривать как некие потоки.

На пpaктике избежать проявлений термодинамического прессинга позволяет совместное применение минеральных и органических удобрений и использование севооборотов. Вермикомпост, как нами показано [4], также можно рассматривать как эффективное средство преодоления последствий термодинамического прессинга.

Нелинейный хаpaктер зависимости продуктивности агроэкосистемы от возрастающих доз удобрений получен нами на агроландшафтном стационарном опыте. С возрастанием дозы окупаемость удобрений снижается (рис. 1).

P,Q

Д, кг/га д.в.

----------- - продуктивность, ц/га зерн. ед.

- - - - - - окупаемость, кг/кг

Рис. 1. Влияние доз удобрений (Д) на продуктивность (P) севооборотов и окупаемость (Q).

Непосредственное применение принципа Ле Шателье-Брауна может быть дополнено использованием такого термодинамического понятия как химическое сродство, отнесенное к процессу нитрификации агроэкосистемы. Оно позволяет обосновать линейные зависимости между константами скоростей нитрификации и логарифмами начальных концентраций нитратов в почвах.

Эти закономерности нами установлены не только на примере длительных стационаров по ускоренному воспроизводству плодородия серых лесных почв, но и для элементарных почвенных ареалов (ЭПА) агроландшафтных стационаров (рис. 2).

На рисунке 2 приведена зависимость между константами скорости нитрификации и логарифмами начальных концентраций, отнесенных к различным ЭПА агроландшафтного стационара (коэффициент корреляции R = 0, 97).

В качестве управляющих параметров агроэкосистем нами было предложено использовать константу скорости нитрификации r и отношение K/r, где K - экологическая емкость (r и K параметры логистического уравнения Ферхюльста  для нитрификационного процесса) [3].

Рис. 2. Зависимость константы скорости нитрификации от логарифма начальной концентрации нитратов для различных элементарных почвенных ареалов плакорных почв агроландшафтного стационара

Увеличение термодинамического прессинга должно стирать различия продуктивности по ЭПА. Это подтверждают результаты сравнительной продуктивности севооборотов (рис. 3).

 Как показал дисперсионный анализ, на разных уровнях внесения удобрений эффективность ЭПА существенно различалась (р < 0,02). Достоверные отличия отмечены при внесении 57 кг NPK. Здесь преимущество имели почвы со вторым гумусовым горизонтом, продуктивность которых была на 3,3-4,4 ц/га зерн. ед. выше, чем на других почвенных разностях. Дальнейшее увеличение дозы удобрений нивелирует эти отличия, что мы интерпретируем ростом термодинамического прессинга.

 Медиана  25%-75%  Min-Max

Рис. 3. Статистики варьирования продуктивности культур по дозам минеральных удобрений (в среднем за ротацию севооборота, кг/га д.в.).

СЛ - серая лесная почва; СЛ1-серая лесная слабооподзоленная; СЛ2 - серая лесная среднеоподзоленная; СЛ3 - серая лесная сильнооподзоленная; СЛГ - серая лесная со вторым гумусовым горизонтом.

Аналогичные результаты получены при исследовании влияния рельефа на катенах. Как было установлено, увеличение дозы минеральных удобрений приводит к нивелированию рельефных различий, выраженных через отношение K/r [5]. Этот феномен также удалось объяснить в рамках термодинамических представлений.

Таким образом, рельефное нивелирование агроландшафта минеральными удобрениями должно иметь синергетическую природу, обусловленную откликом внутренних параметров агроэкосистем на внешнее воздействие. Продуктивность агроэкосистемы при этом возрастает, но внутренние биологические параметры, определяющие зависимость от рельефа, снижаются.

 Проблемы точного земледелия обозначены в связи с внедрением адаптивно-ландшафтных систем земледелия [7]. Нами предлагается использовать новые прецизионные параметры эволюции агроэкологических систем - r, K, K/r, вычисленные из уравнения Ферхюльста для нитрификационного процесса и отражающие их отклик на возмущающие воздействия.

Работа выполнена при поддержке гранта РФФИ Р-483.

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ:

  1. Вернадский В.И. Химическое строение биосферы Земли и ее окружения. М., 1987. 219 с.
  2. Винокуров И.Ю. Термодинамический подход к определению устойчивости агроэкологических систем. // Владимирский земледелец, 2002, № 1 (26). С.35.
  3. Винокуров И.Ю. Кинетика нитрификации серых лесных почв и устойчивость агроэкологических систем. Труды XI Международной научной конференции "Математика, компьютер, образование". Дубна. "Москва-Ижевск", 2004. С. 644.
  4. Винокуров И.Ю. Влияние талой воды, вермикомпоста и антропогенных нагрузок на устойчивость агроэкологических систем. Труды XII Международной научной конференции "Математика, компьютер, образование". Пущино. «Москва-Ижевск», 2005. С. 1036.
  5. Винокуров И.Ю. Применение теории термодинамической устойчивости к внедрению адаптивно-ландшафтных систем земледелия в сельскохозяйственную пpaктику. Сб. докладов Международной научно-пpaктической конференции "Агрохимические проблемы биологической интенсификации земледелия". Владимир, 2005. С. 351.
  6. Кудеяров В.Н. Генезис, плодородие и мелиорация почв. Пущино, 1980.
  7. Модель адаптивно-ландшафтного земледелия Владимирского Ополья (под редакцией Кирюшина В.И., Иванова А.Л.). М.: "Агроконсалт", 2004. 456 С.
  8. Тюрюканов А.Н., Федоров В.М. Н.В. Тимофеев-Ресовский: Биосферные раздумья. М., 1996. Ассоциация "Космонавтика-человечеству". 368 с.


ЛУКЬЯНОВА МАРГАРИТА ИВАНОВНА

ЛУКЬЯНОВА МАРГАРИТА ИВАНОВНА Статья в формате PDF 129 KB...

01 12 2022 3:31:33

ПОСТКИНЕМАТИЧЕСКИЕ ГРАНИТОИДЫ КАЛБА-НАРЫМСКОЙ ЗОНЫ КАЗАХСТАНА И АЛТАЯ: ПЕТРОЛОГИЯ И ФЛЮИДНЫЙ РЕЖИМ

ПОСТКИНЕМАТИЧЕСКИЕ ГРАНИТОИДЫ КАЛБА-НАРЫМСКОЙ ЗОНЫ КАЗАХСТАНА И АЛТАЯ: ПЕТРОЛОГИЯ И ФЛЮИДНЫЙ РЕЖИМ Приведены петрологические данные и флюидный режим посткинематических гранитоидов поздепермско-раннетриасового калбинского комплекса Калба-Нарымской минерагенической зоны Казахстана и Алтая. Гранитоиды по петро-геохимическим параметрам близки анорогенному А-типу. В генерации интрузий и дайковых образований выявлено мантийно-коровое взаимодействие. Расплавы формировались в процессе плавления корового материала типа гранатового амфиболита под воздействием базальтоидных мантийных магм. По соотношениям изотопов стронция и неодима граниты Борисовского массива тяготеют к источнику мантии типа EM II. В долго живущий глубинный очаг происходил подток мантийных трaнcмагматических флюидов, имевших более восстановленный хаpaктер и обогащённых рядом летучих компонентов: углекислотой, фтором, бором, фосфором. Оптимальные параметры флюидного режима создавали благоприятные условия для формирования промышленного оруденения тантала, ниобия, лития, олова, молибдена, вольфрама в пегматитах, апогранитах, грейзенах и жилах. ...

30 11 2022 2:47:49

Французская модель несостоятельности

Французская модель несостоятельности Статья в формате PDF 293 KB...

27 11 2022 21:36:10

ЭНВИРОЛОГИЯ – НАУКА ОБ ОКРУЖАЮЩЕЙ СРЕДЕ

ЭНВИРОЛОГИЯ – НАУКА ОБ ОКРУЖАЮЩЕЙ СРЕДЕ Статья в формате PDF 149 KB...

22 11 2022 6:29:51

Возрастные параметры прироста массы тела бычков симментальской породы при смешанной инвазии фасциолеза и дикроцелиоза в Кабардино-Балкарской Республике

Возрастные параметры прироста массы тела бычков симментальской породы при смешанной инвазии фасциолеза и дикроцелиоза в Кабардино-Балкарской Республике В возрастные периоды от 6 до 9 мес. инвазированные смешанной инвазией фасциолеза и дикроцелиоза бычки симментальской породы пастбищного содержания отставали в приросте массы тела на 9,7 %, в возрасте от 12 до 15 мес. на 12,9 % и в возрасте от 15 до 18 мес. на 15,5 %, что отрицательно влияет на убойные и технологические качества животных. ...

19 11 2022 8:31:58

НУЖЕН ЛИ МЕТОД ПРОЕКТОВ В СОВРЕМЕННОЙ ШКОЛЕ?

НУЖЕН ЛИ МЕТОД ПРОЕКТОВ В СОВРЕМЕННОЙ ШКОЛЕ? Статья в формате PDF 307 KB...

17 11 2022 0:42:10

ТРАНСПОРТНАЯ СИСТЕМА КИТАЯ

ТРАНСПОРТНАЯ СИСТЕМА КИТАЯ Статья в формате PDF 640 KB...

14 11 2022 14:17:58

СОРБЕНТЫ ИЗ ОТХОДОВ ТЭС

СОРБЕНТЫ ИЗ ОТХОДОВ ТЭС Статья в формате PDF 422 KB...

11 11 2022 18:52:56

ХАРАКТЕРИСТИКА ИММУННОГО СТАТУСА БОЛЬНЫХ С РЕЦИДИВИРУЮЩЕЙ ПАПИЛЛОМАВИРУСНОЙ ИНФЕКЦИЕЙ В ДИНАМИКЕ ЛЕЧЕНИЯ С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ МИНЕРАЛЬНОГО КОМПЛЕКСА «АЗЕОМЕД»

ХАРАКТЕРИСТИКА ИММУННОГО СТАТУСА БОЛЬНЫХ С РЕЦИДИВИРУЮЩЕЙ ПАПИЛЛОМАВИРУСНОЙ ИНФЕКЦИЕЙ В ДИНАМИКЕ ЛЕЧЕНИЯ С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ МИНЕРАЛЬНОГО КОМПЛЕКСА «АЗЕОМЕД» Целью настоящей работы явилась хаpaктеристика иммунного статуса больных с рецидивирующей папилломавирусной инфекцией (ПВИ) в динамике лечения с использованием цеолитсодержащего минерального комплекса «Азеомед». Минеральный комплекс «Азеомед» обладает иммуностимулирующим, адсорбционным и детоксикационным свойствами. Комбинированное лечение включало использование «Азеомед» в дозе 500 мг×2 раза в день в течение 30 дней в комплексе с базисной терапией – индинолом в сочетании с хирургической деструкцией папиллом. У больных отмечалось повышение СД95 + клеток, лимфоцитов с морфологическими признаками апоптоза, а также СД4 + , СД8 + , и NК-клеток. Отсутствие рецидива папиллом в течение 1,6 месяцев отмечалось в 62,9% случаев. ...

01 11 2022 15:36:51

ЛЕЧЕНИЕ ЭМБРИОНАЛЬНЫМИ КЛЕТКАМИ НЕ ПАНАЦЕЯ

ЛЕЧЕНИЕ ЭМБРИОНАЛЬНЫМИ КЛЕТКАМИ НЕ ПАНАЦЕЯ Статья в формате PDF 125 KB...

27 10 2022 19:35:18

Механизмы нарушения зрительного восприятия у&#8239;дошкольников с&#8239;общим нарушением речи

Механизмы нарушения зрительного восприятия у&#8239;дошкольников с&#8239;общим нарушением речи В статье изложены результаты исследования психофизиологии зрительного восприятия детей 5,5–6,5-летнего возраста с общим нарушением речи III степени. При изучении структуры зрительных вызванных потенциалов у детей с нарушением речи было показано значительное повышение латентных периодов ранних компонентов. Предположительно, у детей с общим нарушением речи происходит только грубая интегративная оценка зрительного стимула: с сетчатки стимулы передаются через магноцеллюлярную систему, а парвоцеллюлярная система остается функционально незрелой. ...

25 10 2022 12:39:53

ЛАЗЕРОТЕРАПИЯ БРОНХИАЛЬНОЙ АСТМЫ

ЛАЗЕРОТЕРАПИЯ БРОНХИАЛЬНОЙ АСТМЫ Статья в формате PDF 169 KB...

24 10 2022 14:37:33

КЛЕТКИ СТЕКЛОВИДНОГО ТЕЛА ГЛАЗА ЧЕЛОВЕКА

КЛЕТКИ СТЕКЛОВИДНОГО ТЕЛА ГЛАЗА ЧЕЛОВЕКА Статья в формате PDF 140 KB...

23 10 2022 14:54:30

В ГОД КРОЛИКА – О КРОЛИКЕ!

В ГОД КРОЛИКА – О КРОЛИКЕ! Статья в формате PDF 244 KB...

20 10 2022 18:56:47

РАЗВИТИЕ АРТЕРИАЛЬНОГО РУСЛА ГОЛОВНОГО МОЗГА ЧЕЛОВЕКА С 5 ПО 10 НЕДЕЛИ ВНУТРИУТРОБНОГО РАЗВИТИЯ

РАЗВИТИЕ АРТЕРИАЛЬНОГО РУСЛА ГОЛОВНОГО МОЗГА ЧЕЛОВЕКА С 5 ПО 10 НЕДЕЛИ ВНУТРИУТРОБНОГО РАЗВИТИЯ В статье на основании анализа серий срезов зародышей человека изучены особенности формирования артериального русла отделов головного мозга, определены возрастные критерии появления закладок как отделов головного мозга, так и основных сосудов и их ветвей в плане обоснования возможных вариантов строения артериальной сети головного мозга в онтогенезе. ...

14 10 2022 12:56:55

Еще:
Поддержать себя -1 :: Поддержать себя -2 :: Поддержать себя -3 :: Поддержать себя -4 :: Поддержать себя -5 :: Поддержать себя -6 :: Поддержать себя -7 :: Поддержать себя -8 :: Поддержать себя -9 :: Поддержать себя -10 :: Поддержать себя -11 :: Поддержать себя -12 :: Поддержать себя -13 :: Поддержать себя -14 :: Поддержать себя -15 :: Поддержать себя -16 :: Поддержать себя -17 :: Поддержать себя -18 :: Поддержать себя -19 :: Поддержать себя -20 :: Поддержать себя -21 :: Поддержать себя -22 :: Поддержать себя -23 :: Поддержать себя -24 :: Поддержать себя -25 :: Поддержать себя -26 :: Поддержать себя -27 :: Поддержать себя -28 :: Поддержать себя -29 :: Поддержать себя -30 :: Поддержать себя -31 :: Поддержать себя -32 :: Поддержать себя -33 :: Поддержать себя -34 :: Поддержать себя -35 :: Поддержать себя -36 :: Поддержать себя -37 :: Поддержать себя -38 ::