Почему агроэкосистема менее устойчива чем экосистема

Почему агроэкосистема менее устойчива, чем природная экосистема

Агроэкосистема (агроценоз) — искусственная экосистема, созданная человеком. В агроэкосистеме живет меньше видов, чем в естественной экосистеме. Поэтому пищевые цепи в агроэкосистеме короткие, неразветвленные, из-за этого круговорот веществ неустойчивый, следовательно, сама агроэкосистема неустойчива.

Если человек не будет за ней ухаживать (поливать, удобрять, пропалывать), то она разрушится, например, поле пшеницы зарастет, превратится в луг. Таким образом, естественная экосистема получает энергию только от солнечного света, а агроэкосистема – от Солнца и от человека (основной источник энергии для агроэкосистемы – всё-таки Солнце).

В агроэкосистеме живет очень много растений одного вида (монокультура), следовательно, создаются хорошие условия для консументов, питающихся этим видом (вирусов, бактерий, нематод, клещей, насекомых и т.п.). Поэтому в сельском хозяйстве обязательно надо бороться с вредителями.

Основные способы борьбы с вредителями в сельском хозяйстве

В естественной экосистеме растения своими корнями забирают из почвы минеральные соли, затем растения поедаются консументами, разрушаются редуцентами, и соли возвращаются назад в почву – это замкнутый круговорот веществ. На поле пшеницы урожай собирается и вывозится, и минеральные соли в почву не возвращаются (незамкнутый круговорот веществ). Поэтому в сельском хозяйстве применяют удобрения – минеральные (соли) и органические (навоз).

Чтобы не нарушать устойчивость биосферы, не подрывать ее стабильность и, вместе с тем, обеспечивать её высокую продуктивность, человек должен так формировать природные ландшафты, чтобы они включали и высокопродуктивные (незрелые) и устойчивые (зрелые) экосистемы.

То есть агроценозы должны чередоваться с лесами, водоемами, лугами, болотами, образовывать «экологическую мозаику».

Это будет способствовать обеспечению устойчивости экосистем, так как вредители сельскохозяйственных растений окажутся в окружении своих естественных врагов, которые будут регулировать их численность.

Источник

Агроэкосистемы: научный подход

Земля как ресурс играла огромную роль в жизни человека еще с момента его появления на планете

Она обеспечивала пищей, материалом для постройки жилищ и конструирования одежды. С развитием цивилизации ее взаимоотношение с природой постепенно начали носить преобразующий характер, и традиционное собирательство и охота отошли на второй план. После того, как наши далекие предки научились выплавлять металл, появились примитивные орудия труда, заложившие основу современному аграрному производству. Возделывание земли уже десятки столетий и кормит, и поит народонаселение мира, численность которого вскоре превысит 8 млрд. человек. Постоянное совершенствование техники и технологий, позволили создавать искусственные высокопродуктивные системы для получения выгоды. Так зародились первые агроэкосистемы, т. е. искусственно созданные человеком комплексы, главная цель создания которых — получение высококачественной продукции растениеводства и животноводства.

На сегодня они занимают около 30% площади нашей планеты. Среди них приблизительно 20% занято пашней, а 10% приходится на пастбища. Стало сложно отыскать территорию, которая была бы не занята виноградниками, садами, огородами, фермами. Практически вся хоть немного пригодная для этого территория вовлечена во всепланетный конвейер по жизнеобеспечению никого иного, как нас самих. Такая популярность сельского хозяйства вызывает немалый научный интерес ко всем вопросам, связанными с ним. Большое внимание уделяется и основным его составляющим — агроэкосистемам, речь о которых пойдет в этой статье.

Экосистема как уникальное образование

определенным видовым составом — т. е. имеют в своем арсенале ограниченный набор биологических видов тех или иных живых организмов;
масштабом занимаемой территории или акватории;
единой функциональной структурой; любая экосистема обязательно содержит в себе функциональный блок продуцентов (или простыми словами зеленых растений), консументов (растительноядных и плотоядных животных) и редуцентов (микроорганизмов и грибов). Каждая из этих ячеек призвана выполнять свою определенную роль.
Продуценты (от лат. producents — создающий) в процессе фотосинтеза через ряд последовательных химических превращений преобразуют лучистую энергию солнца в энергию химических соединений (например, глюкозу). Они выступают основополагающим блоком, поскольку все последующие напрямую или косвенно зависят от их деятельности. Следующим функциональным блоком выступают консументы (от лат. consumе — употреблять) — организмы, которые питаются исключительно готовыми органическими веществами. В зависимости от пищевых предпочтений среди них различают травоядных, плотоядных или хищников, и суперхищников — иными словами хищников «в квадрате», к которым относят и человека разумного. Функция редуцентов (от лат. reditio — возвращать) сводится к разложению мертвой органики на исходные биогенные вещества.

наличием пищевых связей между организмами разных функциональных блоков обеспечивается единый круговорот веществ, связанной в них энергии и информации, обуславливая такое свойство экосистемы, как стойкость. Такие гомеостатические свойства природных экосистем дают возможность и неограниченному пространственно-временному существованию этих систем;
устойчивостью, обусловленной разнообразием сложившихся в данной системе пищевых взаимоотношений;
продукционными возможностями, т. е. разной способностью (определяемой чаще всего в ккал или кДж энергии за определенный интервал времени) производить органическую продукцию.
Огромное количество созданных человеком искусственных систем во многих чертах соответствуют общему представлению об их природных аналогах. Различия обусловлены главным образом целевой направленностью каждой из них. Рассмотрим, каковы же они для агроэкосистемы.

Особенности видовой структуры агроэкосистемы

По сути, любая антропогенная, т. е. созданная человеком, и для него самого, экосистема, имеет тот самый ранг, что и другие природного происхождения комплексы. Существенные отличия состоят в видовом богатстве и разнообразии (понятия не равнозначны), особенностях функционирования ключевых ее блоков. Если все существующие ныне природные экосистемы являются результатом длительных многомиллионных эволюционных преобразований как самой среды, так и ее населения, с аграрными экосистемами дело обстоит по-другому. Их возникновение вторично по отношению к природе, поскольку все искусственно созданные поля, пастбища, сенокосы и прочее образуются на месте степей или лугов, занимая их же нишу в биосфере. Если природные экосистемы имеют высокое видовое богатство (общее число видов экосистемы) и разнообразие (интегральный показатель, учитывающий не только видовой набор, но и распределение плотности и биомассы особей между ними), обусловленные рядом природно-географических факторов, то для антропогенных систем к нему добавляется еще и деятельность человека. В сельскохозяйственных экосистемах об этом и говорить не приходится. Их видовое богатство и разнообразие сведены к минимуму — доминирует чаще один, реже несколько видов культурных растений. Нельзя сказать, что на растения, выращиваемые на сельхозугодиях и домашних огородах, абсолютно не воздействует природный фактор. Влияние на рост, созревание и урожайность любых сельскохозяйственных растений оказывает, как температура, влажность, исторически сложившееся качество почвы с множеством других показателей природной среды, так и человек, который организовывая даже самое небольшое фермерское хозяйство, тщательно подбирает сорта растений или породы животных.

Это не означает, что другие виды флоры и фауны в агроэкосистемах не встречаются. Даже на самом ухоженном приусадебном участке дикие сородичи окультуренных растений, например, тот же пырей ползучий, достаточно частые гости. К нежелательным посетителям практически всех агроэкосистем можно отнести также и вредителей сельхозкультур, включающих в себя как невидимых человеческому оку болезнетворных бактерий и грибов, так и насекомых, птиц и нередко диких млекопитающих, готовых полакомиться урожаем еще до самого фермера.

Что же в таких случаях предпринимается? Борьба. Причем как механическими способами (например, ручной сбор колорадского жука или выпалывание сорняков), так и методами современной химизации растений. Человечеством на сегодня созданы тысячи препаратов разной химической природы, способных селективно влиять на тот или другой вид биоты. Гербициды, фунгициды, инсектициды и множество других веществ на сегодня решили проблему регулирования видового состава агроэкосистем, но вызвали ряд других более масштабных проблем, о которых речь пойдет немного позже.

Функциональная структура агроэкосистем

Разделение всех населяющих определенный комплекс организмов на блоки продуцентов, консументов и редуцентов в агроэкосистеме сохраняется. Благодаря ограниченности видового состава, отдельные блоки могут попросту отсутствовать или же быть представленными одним единственным видом. Так на поле, где специализируются на выращивании монокультур, например, лишь только подсолнечника или пшеницы, блок продуцентов будет одновидовым.
Возможные потребители зеленой массы из группы консументов контролируются со стороны человека, который ограничивает развитие вредителей, оставляя в экосистеме виды, приносящие ей пользу. Таковыми являются насекомые-опылители, без которых успех в растениеводстве невозможен. Редуценты, населяя почву, автоматически входят в состав сельскохозяйственных экосистем. К сожалению, в данном случае их роль чрезвычайно ограничена. Большинству отходов, получаемых в процессе выращивания сельхозкультур человек нашел свое применение.
Главная роль бактерий и грибов состоит в поддержании важного и необходимого для абсолютного большинства агроэкосистем компонента — почвы, рассматриваемая в современном сельскохозяйственном производстве одновременно и как средство, и предмет труда. Не только создание данного уникального органоминерального образования с рядом свойств, самым важным из которых по праву можно назвать плодородие, но и поддержание их на определенном качественном уровне обеспечивается почвенной микрофлорой. Именно их кропотливый невидимый нам труд позволил превратить грубую материнскую породу в бескостное тело биосферы — почву.

Редуценты своей работой не только замыкают пищевые цепи в любой экосистеме и сохраняют природную уникальность почв, но и способны облегчать жизнь самим растениям. Широко известный факт, что клубеньковые бактерии, поселяясь на корневых системах бобовых культур, способны к фиксации атмосферного азота в почве, обогащая минеральную среду самих растений. Бобовые занимают важное место в севообороте культур, поскольку их взаимовыгодное сожительство с азотобактериями приносит пользу еще и культурам, которые будут посажены после них.

Продукционные свойства

Функциональная упрощенность агроэкосистем, в свою очередь, уменьшает количество пищевых связей в ней, делает их разомкнутыми и укороченными в сравнении с природными. В связи с этим круговорот веществ осуществляется в них не в полном объеме, как в природе. Почему так происходит? Ответ кроется в продукционных свойствах любой системы.
Фермер, выращивая картофель и пытаясь получить высокую урожайность, даже не задумывается, что все его действия направлены на производство чистой первичной продукции. Первичной — потому что образована она на первом и основном трофическом уровне — продуцентов или растений, которые передают преобразованную лучистую энергию солнца всем остальным участниками той или иной экосистемы. Увы, не вся органика и сосредоточенная в ней энергия «осядет» в тканях растения. Некоторая часть из нее будет тратиться им самим на поддержание жизнедеятельности, например, на дыхание. Та же, которая останется после расхода, пойдет на прирост биомассы организма.
Если пищевые цепи не будут регулироваться человеком, это приведет к прямой потере урожая. Возможные растительноядные соседи могут нанести немалый урон растениеводческим комплексам, значительно снизив продуктивность посевов.

Устойчивость и саморегуляция агроэкосистем

Упрощенная композиция агроэкосистем, направленная на получение максимальной продукции одного вида, сводит устойчивость аграрных комплексов практически к нулю. Этого нельзя сказать о природных экосистемах — множественный набор и разнообразие, как самих компонентов, так и связей между ними, порождают гомеостатические ее свойства. Это означает, что при возможных неблагоприятных воздействиях ее дальнейшее функционирование не прекратится. Для поддержания устойчивого, стабильного состояния сельскохозяйственных комплексов их собственных энергетических свойств недостаточно. Поэтому нужно постоянно вносить дополнительную энергию, что и делает человек, сам не задумываясь об этом. Главные пути поступления «порций» энергии следующие:

Вышеупомянутые мероприятия способны существенно повысить устойчивость и продуктивность агроэкосистемы, но, к большому сожалению, проблему их саморегуляции решить они не в силах. Лишь только человеческий труд способен обеспечить ее полноценное существование.
Во многих аспектах роль человека в этом процессе полностью заменилась работой техники, значительно облегчив его участь. К тому же, достижения селекции и генной инженерии дают возможность получить новые высокопродуктивные сорта растений и породы животных. Химические открытия тоже не стоят на месте, в результате чего изобретаются еще более сильные средства защиты растений.

Несмотря на все это, агроэкосистемы сегодня считаются наиболее уязвимыми и экологически небезопасными экосистемами на теле матушки Земли. Уязвимость состоит в неспособности самостоятельно функционировать и постоянном доминирующем участии человека. Небезопасность же объясняется как фактом самого их создания, так и чрезмерной механизацией и химизацией этого производства на современном этапе.

Агроэкосистемы по своему происхождению чужеродны для биосферы, не свойственны ей. Но, для того чтобы прокормить себя, еще наши предки вынуждены были вырубать и выжигать леса, распахивать степи. Стремительное истребление природной среды в связи с этим сегодня, в начале XXI века достигло ужасающих размеров. Так, распаханность земли в отдельных уголках планеты сегодня достигает до 90% территории. Вместе с уникальными природными ландшафтами уничтожается и наше живое наследие — богатый мир флоры и фауны, сокращающийся с каждым годом.

Кроме этого, немалую обеспокоенность вызывают использование тяжелой сельскохозяйственной техники и средств борьбы с сорняками и вредителями. Результатом таких действий есть полная или частичная деградация земель, возникновение эрозионных процессов, снижение плодородия почвы и других ее ценных агрономических свойств. При положительных результатах борьбы пестицидов с нежелательными агентами агроэкосистем всегда существуют риски, что под их действие могут попасть и другие, полезные ей виды. Учеными доказан тот факт, что большинство метаболитов известных на сегодня пестицидов способны не только попадать в выращиваемые продукты, но и передаваться в более высокие участки трофической сети, ставя под угрозу существование не только птиц и млекопитающих, но и самого человека. Кроме аллергических реакций и пищевых отравлений, многие из них способны вызывать серьезные функциональные нарушения, вплоть до дисфункций репродуктивной сферы, что ставит под угрозу дальнейшее существование всего живого.
Несмотря на то, что человечество еще не до конца освоило механизмы устойчивого управления агроэкосистемами, значительные успехи в этом направлении уже достигнуты. Среди них — переход многих хозяйств на принципы органического земледелия и экологически безопасные методы защиты посевов, разработка современных методов утилизации отходов сельского хозяйства. Все это создает широкие перспективы и возможности развивать данную отрасль с максимальной прибылью для себя и минимальным риском для природы.

Источник

*§ 49—1. Понятие агроэкосистемы. Отличительные особенности агроэкосистем от природных экосистем

Оглавление

Понятие агроэкосистемы

Человек получает достаточно много разных видов продукции от природных экосистем. Тем не менее основным источником средств для удовлетворения его потребностей является сельское хозяйство. Сельскохозяйственная деятельность человека изменяет природные экосистемы. Кроме того, человек способен формировать искусственные экосистемы и поддерживать их существование с целью получения сельскохозяйственной продукции. Эти искусственные экосистемы называются агроэкосистемами.

Агроэкосистемы (от греч. agrós — поле) — искусственные экосистемы, созданные и используемые человеком для получения сельскохозяйственной продукции или отдыха.

Агроэкосистемы занимают примерно 30 % свободной ото льда суши нашей планеты. Из них около 10 % приходится на пахотные земли, почти 20 % занимают пастбища. В Республике Беларусь сельскохозяйственная продукция как товар играет в экономике важную роль. По данным Национального статистического комитета Республики Беларусь, в структуре земельных ресурсов Беларуси на 1 января 2018 г. сельскохозяйственные земли составили 42,3 % территории, леса — 41 %, поверхностные воды, включая болота, — 6,1 %, прочие земли — 10,6 %. В настоящее время в результате хозяйственной деятельности человека сформировалось большое разнообразие агроэкосистем. Они существенно отличаются по масштабам, структуре и составу видов организмов в зависимости от целей их создания.

Структура агроэкосистемы

Агроэкосистемы являются биосистемами того же уровня организации, что и природные экосистемы. Они включают сообщество и биотоп, которые связаны обменом веществ и энергии.

Сообщество состоит из продуцентов, консументов и редуцентов. Они взаимодействуют за счет трофических связей, благодаря чему осуществляется круговорот веществ. Отличие сообщества агроэкосистемы поля от природного сообщества отмечается на уровне видового состава функциональных групп организмов и их взаимосвязей. Каждая функциональная группа состоит из небольшого количества специфичных видов. Среди продуцентов доминирует культурный вид растений, имеется несколько видов сопутствующих сорняков.

Консументы представлены беспозвоночными, паразитическими грибами и бактериями, питающимися преимущественно культурными растениями. Иногда могут присутствовать мелкие грызуны, некоторые птицы. На пастбищах по численности доминируют виды домашних животных (коровы, лошади, овцы).

Отличие агроэкосистем от природных экосистем

Агроэкосистемы существенно отличаются от природных экосистем (см. табл.).

Таблица. Сравнительная характеристика экосистем

Источник

Биология. 11 класс

Преобразующая деятельность людей

Биосфера и человек

Необходимо запомнить

Ноосфера – сфера взаимодействия общества и природы, в границах которой разумная человеческая деятельность становится определяющим фактором развития.

Как биологический объект – человек – тесно зависит от природы? Как мощная социальная система – человек – создаёт свою интенсивную среду?

Техносфера – часть биосферы, преобразованная людьми с помощью прямого или косвенного действия технических средств и занятая продуктами его деятельности.

При современном уровне развития человечества, деятельность общества очень сильно сказывается на биосфере.

Экологический кризис – напряжённое состояние взаимоотношений между человеком и природой.

Загрязнение – это комплекс разнообразных воздействий человеческого общества на биосферу.

Типы загрязнений: биологические, физические, химические, загрязнение атмосферы. Основные загрязнения атмосферы: механические, физические, биологические.

Положительное влияние человека на среду обитания выражается в выведении новых пород домашних животных и сортов сельскохозяйственных растений, создание культурных биоценозов, развитие биотехнологии, рыбного хозяйства, интродукции полезных видов в новых условиях.

Ноогеника – наука управления взаимоотношениями между человеческим обществом и природой.

Бионика – научно-технологическое направление по заимствованию у природы ценных идей и реализации их в виде конструкторских, дизайнерских решений, и новых информационных технологий.

Рост населения, скачок в развитии науки и техники за последние два столетия, привели к тому, что деятельность человека стала фактором планетарного масштаба.

Преобразующая деятельность людей неизбежна, так как. с ней связано благосостояние населения. Единственный выход из сложившейся ситуации – научно обоснованное рациональное природопользование.

Типы загрязнений окружающей природной среды

Сравнительное описание естественных природных систем и агроэкосистем.

Выявить черты сходства и различия естественных и искусственных экосистем.

1. Дайте оценку движущим силам, формирующим природные экосистемы и агроэкосистемы.

В ячейках таблицы дать выпадающее меню:

2. Оцените некоторые количественные характеристики экосистем (больше, меньше).

В ячейках таблицы дать выпадающее меню:

Агроценоз и его отличие от биогеоценоза

Агроценозы – искусственные экосистемы, структуру и функцию которых создаёт, поддерживает и контролирует человек в своих интересах. Природные биогеоценозы – саморегулирующиеся экосистемы, агроценозы регулируются человеком.

Главная цель создания агроэкосистемы – рациональное использование тех биологических ресурсов, которые непосредственно вовлекаются в сферу деятельности человека – источники пищевых продуктов, технологического сырья, лекарственных препаратов. Сюда же относятся специально культивируемые человеком виды, являющиеся объектами сельскохозяйственного производства: рыбоводства, звероводства, специального выращивания лесных культур, а также виды, используемые для промышленных технологий.

Отличия агроценозов от естественных биогеоценозов Между естественными и искусственными биогеоценозами наряду со сходством существуют и большие различия, которые важно учитывать в сельскохозяйственной практике.

Первое отличие состоит в разном направлении отбора. В природных экосистемах действует естественный отбор, отвергающий неконкурентоспособные виды и формы организмов в экосистеме и тем самым обеспечивающий её основное свойство – устойчивость. В агроценозах наряду с естественным действует искусственный отбор, направленный человеком прежде всего на максимальное повышение урожайности сельскохозяйственных культур. По этой причине экологическая устойчивость агроценозов невелика. Они не способны к саморегуляции и самовозобновлению, подвержены угрозе гибели при массовом размножении вредителей или возбудителей болезней. Поэтому без участия человека, его неустанного внимания и активного вмешательства в их жизнь агроценозы зерновых и овощных культур существуют не более года, многолетних трав – 3–4 года, плодовых культур – 20−30 лет. Затем они сменяются естественным биогеоценозом.

Второе отличие – в источнике используемой энергии. Для естественного биогеоценоза единственным источником энергии является Солнце. В то же время агроценозы, помимо солнечной энергии, получают дополнительную энергию, которую затратил человек на производство удобрений, химических средств против сорняков, вредителей и болезней, на орошение или осушение земель и т. д. Без такой дополнительной затраты энергии длительное существование агроценозов практически невозможно.

Третье отличие сводится к тому, что в агроэкосистемах резко снижено видовое разнообразие живых организмов. На полях обычно культивируют один или несколько видов (сортов) растений, что приводит к значительному обеднению видового состава животных, грибов, бактерий. Кроме того, биологическое однообразие сортов культурных растений, занимающих большие площади (иногда десятки тысяч гектаров), часто является основной причиной их массового уничтожения насекомыми-вредителями (например, колорадским жуком) или поражения возбудителями болезней (ржавчинными, головнёвыми грибами, фитофторой и др.).

Четвёртое отличие состоит в разном балансе питательных элементов. В естественном биогеоценозе первичная продукция растений (урожай) потребляется в многочисленных цепях (сетях) питания и вновь возвращается в систему биологического круговорота в виде углекислого газа, воды и элементов минерального питания.

В агроценозе такой круговорот элементов резко нарушается, поскольку значительную их часть человек изымает с урожаем. Поэтому для возмещения их потерь и, следовательно, повышения урожайности культурных растений необходимо постоянно вносить в почву удобрения.

Таким образом, по сравнению с естественными биогеоценозами агроценозы имеют ограниченный видовой состав растений и животных, не способны к самообновлению и саморегулированию, подвержены угрозе гибели в результате массового размножения вредителей или возбудителей болезней и требуют неустанной деятельности человека по их поддержанию.

Источник