Особенности агроэкосистем



 

В биосфере помимо естественных биогеоценозов (лес, луг, болото, река и т.д.) и экосистем существуют и сообщества, созданные хозяйственной деятельностью человека. Такое искусственно созданное человеком сообщества называется агроэкосистема (агроценоз, агробиоценоз, сельскохозяйственная экосистема).

Агроэкосистема (от греч. агрос — полесельскохозяйственная экосистема, агроценоз, агробиоценоз) — биотическое сообщество, созданное и регулярно поддерживаемое человеком с целью получения сельскохозяйственной продукции. Обычно включает совокупность организмов, обитающих на землях сельхозпользования.

К агроэкосистемам относят поля, сады, огороды, виноградники, крупные животноводческие комплексы с прилегающими искусственными пастбищами. Характерная особенность агроэкосистем — малая экологическая надежность, но высокая урожайность одного или нескольких видов (или сортов культивируемых растений) или животных.


Агроэкосистемы отличаются от естественных экосистем рядом особенностей.

Агроэкосистемы имеют несколько отличных от экосистем естественных, природных.

1. Видовое разнообразие в них резко снижено для получения максимально высокой продукции. На ржаном или пшеничном поле кроме злаковой монокультуры можно встретить разве что несколько видов сорняков. На естественном лугу биологическое разнообразие значительно выше, но биологическая продуктивность уступает засеянному полю во много раз.

2. Виды сельскохозяйственных растений и животных в агроэкосистемах получены в результате действия искусственного, а не естественного отбора, что в значительной мере влияет на сужение их генетической базы. В агроэкосистемах происходит резкое сужение генетической базы сельскохозяйственных культур, которые крайне чувствительны к массовым размножениям вредителей и болезням.

3. Для агроэкосистем, по сравнению с естественными биоценозами, характерна большая открытость. Это означает, что в естественных биоценозах первичная продукция растений потребляется в многочисленных цепях питания и вновь возвращается в систему биологического круговорота в виде углекислого газа, воды и элементов минерального питания. Агроэкосистемы же более открыты, и из них изымается вещество и энергия с урожаем, животноводческой продукцией, а также в результате разрушения почв. В связи с постоянным изъятием урожая и нарушением процессов почвообразования, а также при длительном выращивании монокультуры, на культурных землях постепенно происходит снижение плодородия почв. Именно поэтому для получения высоких урожаев необходимо вносить большое количество минеральных удобрений, чтобы поддерживать плодородие почвы.


4. Смена растительного покрова в агроэкосистемах происходит не естественным путем, а по воле человека, что не всегда хорошо отражается на качестве входящих в нее абиотических факторов. Особенно это касается почвенного плодородия.

Почва является важнейшей системой жизнеобеспечения и существования сельскохозяйственного производства. Однако продуктивность агроэкосистем зависит не только от плодородия почвы и поддержания ее качества. В не меньшей мере на нее влияет сохранность среды обитания полезных насекомых (опылители) и других представителей животного мира. К тому же в этой среде обитают многие естественные враги сельскохозяйственных вредителей. Так, уже стал хрестоматийным пример массовой гибели опылителей полей гречихи в США, происходившей при столкновении их с автомобилями в местах близкого расположения сельскохозяйственных угодий к автотрассам.

5. Одна из главных особенностей экосистем состоит в получении дополнительной энергии для нормального функционирования. Без поступления дополнительной энергии извне агроэкосистемы, в отличие от экосистем природных, существовать не могут. Под дополнительной понимается любой тип энергии, привносимый в агроэкосистемы. Это может быть мускульная сила человека или животных, различные виды горючего для работы сельскохозяйственных машин, удобрения, пестициды, ядохимикаты, дополнительное освещение и т.д. Под дополнительной энергией можно также понимать новые породы домашних животных и сорта культурных растений, внедряемые в структуру агроэкосистем.


6. Все искусственно создаваемые в сельскохозяйственной практике агроэкосистемы полей, садов, пастбищных лугов, огородов, теплиц представляют собой системы, специально поддерживаемые человеком. В агроэкосистемах используется именно их свойство производить высокую чистую продукцию, так как все конкурентные воздействия на культивируемые растения со стороны сорняков сдерживаются агротехническими мероприятиями, а формирование пищевых цепей за счет вредителей пресекается с помощью различных мер, например, химической и биологической борьбы.

Следует отметить, что агроэкосистемы являются крайне неустойчивыми сообществами.Они неспособны к самовосстановлению и саморегулированию, подвержены угрозе гибели от массового размножения вредителей или болезней. Для их поддержания необходима постоянная деятельность людей.

А какие же признаки сообщества, экосистемы считаются устойчивыми? Прежде всего, это сложная, полидоминантная структура, включающая наибольшее, возможное при данных условиях число видов и популяций. Затем, максимальная биомасса. И последнее – относительное равновесие между приходом и расходованием энергии. Несомненно то, что в таких экосистемах наблюдается наименьший уровень продуктивности. Биомасса большая, а продуктивность низкая. Это связано с тем, что основная часть поступающей в экосистему энергии идет на поддержание процессов жизнедеятельности.


Самое важное негативное следствие существования агроэкосистем — это их дестабилизирующее воздействие на биогеохимические циклы биосферы, где осуществляется воспроизводство основных видов экологических ресурсов и совершается регуляция химического состава жизненных сред. На сельскохозяйственных угодьях круговорот биогенов оказывается разомкнутым на десятки процентов. Поэтому есть все основания говорить, что агроценозы с самого начала их существования находятся в антагонистических отношениях с окружающей природной средой. Ныне стало очевидно, что они угрожают разрушением фундаментальных биосферных процессов и повинны в глобальном экологическом кризисе. Это относится ко всем созданным человеком формам, в том числе к самым продуктивным сортам и породам.

Сказанного, по-видимому, достаточно, чтобы продемонстрировать принципиальную неспособность агроценозов взять на себя функции естественных экосистем. Следует только добавить, что в настоящее время человечество не придумало еще иного способа снабжать себя продовольствием, нежели создавая искусственные агроэкосистемы.

 

 

ВОПРОСЫ

 

1. В чем смысл концепции экосистемы?

2. Какой размерности могут быть экосистемы.


3. Приведите примеры экосистем.

4. Какие признаки присущи естественным экосистемам?

5. Дайте определение пищевой цепи.

6. Какие виды экологических пирамид вы знаете?

7. Что такое биогеоценоз:

8. Приведите примеры биогеоценозов.

9. Что общего и в чем различие между биогеоценозом и экосистемой?

10. Какие функционально связанные части можно выделить в биогеоценозе?

11. Чем определяются границы биогеоценоза?

12. Чем определяется динамика экосистем?

13. Охарактеризуйте суточную и сезонную динамику экосистем.

14. Что такое сукцессия? Приведите примеры сукцессий.

15. Чем первичная сукцессия отличается от вторичной?

16. Что такое сукцессия антропогенная?

17. Дайте определение агроэкосистемы, приведите примеры агроэкосистем.

18. В чем проявляются существенные различия между природными экосистемами и агроэкосистемами?

Глава 6. Биосфера

 

<== предыдущая лекция | следующая лекция ==>
ЭКОСИСТЕМА И БИОГЕОЦЕНОЗ | ПОНЯТИЕ И Определение биосферы

Источник: helpiks.org

Понятие об агроэкосистемах


Человек получает достаточно много разных видов продукции от природных экосистем. Тем не менее основным источником пищевых ресурсов для него является сельское хозяйство. Сельскохозяйственная деятельность человека способна изменять 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. agros — 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 важную роль в экономике. Площадь сельскохозяйственных угодий у нас составляет около 75 %. Из них на долю пахотных земель приходится примерно 60 %. Основными типами агроэкосистем в нашей стране являются: пахотные поля, сенокосы и пастбища, фруктовые сады, огороды, теплицы, фермы, пруды.

Индустриализация сельского хозяйства имеет не только плюсы, но и минусы. Современные агроэкосистемы представляют экологическую опасность для природных экосистем. Применяемые в них химические средства борьбы с вредителями — пестициды с помощью воды, воздуха по цепям питания переносятся в природные экосистемы, загрязняя их. Следовательно, нужно расширять применение биологических методов борьбы. Избыточное внесение минеральных и органических удобрений может вызывать загрязнение грунтовых вод и поверхностных водоемов. Сорняки и насекомые-вредители из агроэкосистем способны мигрировать в природные экосистемы и отрицательно влиять на них.


Для того чтобы снизить негативное воздействие агроэкосистем на природное окружение, в Республике Беларусь проводится большая работа по созданию продуктивных, высокоэкономичных и экологичных агрокомплексов.

Институт овощеводства НАН Республики Беларусь разработал комплекс машин по возделыванию овощных культур с применением современных технологий. Например, культиватор опрыскиватель не только обрабатывает междурядья овощных культур, но и вносит растворимые пестициды и минеральные удобрения. Его можно использовать для обработки картофеля и других пропашных культур. Комбинированный посевной агрегат одновременно обрабатывает почву, готовит ее к севу и высевает пунктирным способом семена овощных культур. При этом он осуществляет дозированное внесение гранулированных минеральных удобрений. OAO «Бобруйскагромаш» впервые выпустил машины для внутрипочвенного внесения жидких органических удобрений. На этом предприятии разработаны машины для дозированного внесения твердых органических и минеральных удобрений.

Структура агроэкосистемы


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

Сообщество состоит из продуцентов, консументов и редуцентов. Они взаимодействуют за счет трофических связей, благодаря чему осуществляется круговорот веществ. Отличие сообщества агроэкосистемы 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 доминируют виды домашних животных. Функцию редуцентов выполняют почвенные грибы, бактерии, дождевые черви. Человек постоянно нарушает взаимодействие видов в сообществе, осуществляя различные приемы агротехники.

Отличия агроэкосистем от природных экосистем

Агроэкосистемы существенно отличаются от природных экосистем:



Сравнительная характеристика экосистем
Критерии
сравнения
Природные экосистемы Агроэкосистемы
Происхождение Первичные естественные структурные единицы биосферы, образовавшиеся в результате длительной эволюции Вторичные искусственные структурные единицы биосферы, созданные человеком
Видовая структура Сложные системы с большим видовым разнообразием, в которых
доминирует несколько видов. Видовая структура формируется под
действием факторов среды. Культурные (сельскохозяйственные) растения отсутствуют
Упрощенные системы с небольшим видовым разнообразием.
В них доминирует, как правило, один культивируемый человеком
вид растений или животных. Видовая структура формируется как
под действием факторов среды, так и при определяющей роли человека
Устойчивость Свойственно устойчивое динамическое равновесие за счет саморегуляции и разнообразия трофических связей. Пищевые цепи длинные (3-5 звеньев), а пищевая
сеть сложная
Неустойчивы, без поддержки человека быстро разрушаются. Саморегуляция отсутствует. Пищевые цепи короткие (2-3 звена),
пищевая сеть простая
Продуктивность Продуктивность определяется количеством поступающей солнечной энергии и степенью замкнутости круговорота веществ Продуктивность определяется количеством совокупной энергии
(солнечная энергия + энергия,
привносимая человеком), поступающей в систему. Она зависит
от технической базы и экономических возможностей общества
Круговорот веществ Круговорот веществ полный и замкнутый. Вся чистая первичная
продукция используется консументами и редуцентами
Круговорот веществ неполный
и незамкнутый. Основную часть
чистой первичной продукции в
виде урожая человек изымает для
своих потребностей и на корм
скоту. Изъятые на уровне продуцентов вещества восполняются
на уровне детритных цепей в виде органических (детрит) или минеральных удобрений
Экологическая безопасность Экологически безопасны, не являются источником загрязняющих
веществ
Экологически опасны, являются источником загрязняющих веществ. Способны влиять на устойчивость природных экосистем

Агроэкосистемы — искусственные системы, созданные и поддерживаемые человеком с целью получения сельскохозяйственной продукции или отдыха. Отличительными особенностями агроэкосистем являются: небольшое видовое разнообразие, низкая устойчивость, неспособность к саморегуляции, неполный и незамкнутый круговорот веществ, наличие дополнительного источника энергии, высокая биологическая продуктивность.

Источник: jbio.ru

Содержание

 

ВВЕДЕНИЕ

  1. Типы агроэкосистем
  2. Отношение организмов в агросистемах
  3. Культивируемые растения как компонент агросистемы
  4. Особенности круговорота веществ в агроэкосистемах
  5. Пути повышения продуктивности агроэкосистем

Список литературы

 

 

 

Сельское хозяйство существенно трансформирует природные комплексы. В результате сформировались разнообразные антропогенные сельскохозяйственные образования (пашни, садовые насаждения, луга, пастбища и т.д.), занимающие около трети суши, в том числе почти 1,5 млрд га пашни.

В свете современных представлений агроэкосистемы (агробиогеоценозы) — вторичные, измененные человеком биогеоценозы, ставшие значительными элементарными единицами биосферы; их основу составляют искусственно созданные, как правило, обедненные видами живых организмов биотические сообщества. Эти сообщества формируют и регулируют люди для получения сельскохозяйственной продукции. Агроэкосистемы отличаются высокой биологической продуктивностью и доминированием одного или нескольких избранных видов (сортов, пород) растений или животных. Выращиваемые культуры и разводимые животные подвергаются искусственному, а не естественному отбору. Как экологические системы агроэкосистемы неустойчивы: у них слабо выражена способность к саморегулированию, без поддержки человеком они быстро распадаются или дичают и трансформируются в естественные биогеоценозы (например, мелиорированные земли — в болота, насаждения лесных культур — в лес).

Агроэкосистемы с преобладанием зерновых культур существуют не более одного года, многолетних трав — 3…4 года, плодовых культур— 20…30 лет, а затем они распадаются и отмирают. Полезащитные лесные полосы, являющиеся элементами агроэкосистем, в степной зоне существуют не менее 30 лет. Однако без поддержки человеком (рубки ухода, дополнения) они постепенно «дичают», превращаясь в естественные экосистемы, или погибают. Преобладающая разновидность агроэкосистем — искусственные фитоценозы: окультуренные (планомерно эксплуатируемые луга и пастбища); полукультурные (непостоянно регулируемые искусственные насаждения — сеяные, многолетние луга); культурные (постоянно регулируемые многолетние насаждения, полевые и огородные культуры); интенсивно культурные (парниковые и оранжерейные культуры, гидропоника, аэропоника и другие, требующие создания и поддержания особых почвенных, водных и воздушных условий). Управление агроэкосистемой осуществляется извне и подчинено внешним целям.

 

 

Агроэкосистемы, как и естественные экосистемы, состоят из множества взаимосвязанных биологических, физических и химических компонентов.

Отсутствие общепринятой классификации агроэкосистем восполняется в известной мере типизацией структур земледелия, применяемой ФАО. Согласно этой типизации, выделено пять видов землепользования, по каждому из которых классифицированы агроэкосистемы:

  1. Земледельческое, или полевое, землепользование — богарные, орошаемые агроэкосистемы (ротации зерновых, бобовых, кормовых, овощных, бахчевых, технических и лекарственных, культур).
  2. Плантационно-садовое земле пользование — плантационные агроэкосистемы (чайный куст, дерево какао, кофейное дерево, сахарный тростник), садовые агроэкосистемы (плодовые сады, ягодники, виноградники).
  3. Пастбищное землепользование — пастбищные агроэкосистемы (отгонные пастбища: тундровые, пустынные, горные; лесные пастбища; улучшенные пастбища; сенокосы; окультуренные луга).
  1. Смешанное землепользование — смешанные агроэкосистемы, характеризующиеся равнозначным соотношением и сочетанием нескольких видов землепользования, а также процессов получения как первичной, так и вторичной биологической продукции.
  2. Землепользование в целях производства вторичной биологической продукции — агропромышленные экосистемы (территории интенсивного «индустриализированного» производства молока, мяса, яиц и другой продукции на основе преобладающих процессов снабжения системы веществом и энергией извне).

Современные агроэкосистемы включают сложные взаимосвязанные материально, энергетически, экономически и экологически процессы производства биологической продукции. При этом обеспечиваются воспроизводство естественного ресурсного потенциала и эффективное использование антропогенных субсидий энергии.

Научно обоснованная организация агроэкосистем предусматривает создание рациональной природной и природно-хозяйственной инфраструктуры (дороги, каналы, лесные насаждения, сельскохозяйственные угодья и др.), адекватной особенностям местного ландшафта и хозяйственного пользования территорией в целом.

Организация агроэкосистем должна быть приближена к контурам природных комплексов, что достигается оптимизацией агроландшафта. Это, однако, только видимая часть экологически обоснованной агроэкосистемы. Значительно сложнее «внутренние» процессы массо- и энергообмена, поддерживающие ландшафтно-экологическое равновесие.

агроэкосистема организм аграрный

Составными частями агроэкосистемы являются сельскохозяйственные угодья, на которых выращиваются зерновые, пропашные, кормовые и технические культуры, а также луга и пастбища.

Основными элементами агробиоценоза в аграрных экосистемах являются:

1.      Культурные растения, высеянные или высаженные человеком.

  1. Сорные растения, которые проникли в агробиоценоз помимо, а иногда и вопреки воле человека.
  2. Микроорганизмы ризосфер культурных и сорных растений.
  3. Клубеньковые бактерии на корнях бобовых, связывающие свободный азот воздуха.

5.      Микоризообразующие грибы на корнях высших растений.

  1. Бактерии, грибы, актиномицеты, водоросли, свободно живущие в почве.
  2. Беспозвоночные животные, живущие в почве и на растениях.
  3. Позвоночные животные (грызуны, птицы и др.), живущие в почве и посевах.

9.      Грибы, бактерии, вирусы — паразиты (полупаразиты) культурных и сорных растений.

10.    Бактериофаги — паразиты микроорганизмов.

 

Особенности агроэкосистем

Блок-схема продуктивности агроэкосистем

 

Агроэкосистема обладает биологической продуктивностью или биологической емкостью.

Размер популяций отдельных входящих в них видов колеблется из-за постоянных изменений абиотических и биотических факторов. К факторам, оказывающим влияние на плотность популяции вида, относится межвидовая конкуренция в отношении пищи и пространства. Межвидовая конкуренция возникает, главным образом, когда у разных видов имеются одинаковые или близкие требования к условиям среды. При увеличивающемся недостатке средств существования конкуренция усиливается. Обычно плотность популяций различных групп организмов в агроэкосистеме поддерживается на оптимальном уровне. В агрофитоценозе регулирование плотности популяций проявляется в виде внутривидовой конкуренции растений, и как результат, устанавливается их относительная оптимальная плотность на занятой территории. Например, число растений клевера на 1 м2 к моменту уборки покровной культуры составляет 400 шт./м2. В следующем году к началу вегетации оно может снизиться до 150—200 шт./м2, что создает наиболее благоприятные условия для формирования урожая. Регуляция плотности растительного покрова также происходит под влиянием таких факторов, как плотность листовой поверхности, выраженная через индекс ассимилирующей поверхности. Обостряется конкуренция при высокой плотности листовой поверхности. Так как не все растения получают достаточное количество света, более слабые подавляются. Следовательно, между особями одного и того же вида наблюдается внутривидовая конкуренция. Величина популяции вида ограничивается величиной необходимых для ее жизни ресурсов окружающей среды.

Межвидовая конкуренция растений не приводит к полному вытеснению менее конкурентоспособного вида. Как процесс борьбы между культурными и сорными растениями, проявляется межвидовая конкуренция в открытой агроэкосистеме. На лугах и пастбищах такая форма конкуренции преобладает. Растительные сообщества здесь характеризуются типичными особенностями, свойственными данной территории. Посевы культурных растений в агрофитоценозе являются единственным источником питания для травоядных животных и насекомых-фитофагов. В благоприятные для роста растений периоды популяции продуцентов могут резко и быстро увеличиваться. Обычно наносит большой ущерб сельскохозяйственным культурам массовое размножение травоядных и насекомых- фитофагов. Естественное регулирование численности травоядных животных, насекомых-фитофагов и доведение их популяций до экономически безвредного порога путем использования их естественных врагов-хищников сложно и не всегда дает хорошие результаты. Отсюда в сельскохозяйственной практике искусственное вмешательство и регулирование численности фитофагов осуществляется за счет использования различных искусственных средств защиты.

Анализ основных трофических цепей в агроэкосистеме обычно показывает, что биофаги (фитофаги, хищники, паразиты) активно влияют на собственную численность путем частичного использования или разрушения предшествующего звена трофической цепи, которое служит им источником энергии. Биофаги путем преобразования поглощенных веществ создают специфические источники энергии для последующих звеньев: ткани собственного тела — для биофагов, экскременты -—для капрофагов, трупы — для некрофагов. Таким образом, биофаги (сапрофаги) пассивно определяют энергетический обмен у сменяющих их консументов. Совместная и многосторонняя деятельность самых разных организмов экосистемы, в первую очередь гетеротрофов, препятствует длительному накоплению мертвого органического вещества с заключенной в нем химической энергией.

Под влиянием фитофагов снижение продуктивности растений не всегда пропорционально количеству потребляемой ими пищи, их доминированию или биомассе, а обусловлено характером повреждения автотрофов, их возрастом и состоянием. Например, если фитофаг нападает на молодое растение, то в некоторых случаях наносится больший ущерб, чем при питании на взрослых растениях (крестоцветные блошки и др.). Напротив, в других случаях молодые растения успешнее способны компенсировать ущерб за счет образования новых побегов или более интенсивного роста здоровых побегов, чем растения, пострадавшие в более поздние сроки. Нередко ущерб, причиненный животными, уравновешивается приносимой ими пользой. Так, грачи при выкармливании потомства уничтожают вредителей сельскохозяйственных культур, и в то же время могут наносить ущерб, повреждая всходы кукурузы, зерновых культур.

В целом же следует еще раз отметить, что в агроэкосистемах пищевые цепи вовлечены в сферу деятельности человека. В них изменена экологическая пирамида. На вершине экологической пирамиды стал человек.

Своеобразие экологической пирамиды, на вершине которой находится человек, — специфический признак любой агроэкосистемы. В агроэкосистемах видовой состав растений и животных обеднен. Аграрные экосистемы малокомпонентны. Малокомпонентность также один из признаков агроэкосистемы.

 

Культивируемое растение — главный компонент не только экологической, но и социально-экономической системы. Посевы сельскохозяйственных культур, кормовых и лекарственных трав — это прежде всего социальный заказ с целью удовлетворения потребностей людей в той или иной продукции растительного происхождения: пище, кормах, сырье для промышленности и т. д. Культивируемые растения — не только продукт природы, но и объект человеческого труда. Поэтому их рост и развитие определяются как природными, так и антропогенными факторами.

В настоящее время в культуре возделывают около 4000 видов растений. Чаще всего проводят посевы культурных, реже — диких растений.

Несмотря на относительно большое разнообразие культурных растений, наиболее широкое распространение у земледельцев получили следующие (по Злобину):

яровые однолетние растения — возделывают наиболее широко, имеют период вегетации от нескольких недель до нескольких месяцев;

озимые однолетние растения — высевают осенью, урожай собирают в середине лета следующего года;

двулетники — чаще выращивают как однолетние культуры;

многолетние травы;

деревья и кустарники, отдельные их виды (например, хлопчатник) выращивают как однолетники.

Как правило, возделывают высокоурожайные культурные растения. На земном шаре широкое распространение получили рис, пшеница, кукуруза, картофель, ячмень, батат, маниока, соя, овес, сорго, просо, сахарный тростник, сахарная свекла, рожь, арахис. Культурная флора СНГ составляет более полусотни видов. Семена диких растений используют относительно редко, главным образом при создании лугов, пастбищ и плантаций лекарственных трав.

Культурные растения занимают центральное место в агрофитоценозе. Они, по М. В. Маркову, — главный компонент, ядро этой биологической системы. Культурные растения оказывают наиболее сильное, нередко господствующее влияние на агрофитоценоз. Растение-доминант не только компонент фитоценоза, но и важный экологический фактор, оказывающий многостороннее влияние на окружающую среду, экологическую обстановку, складывающуюся в агробиогеоценозе. Поэтому доминант получил звание «эдификатор». Однако некоторые авторы возражают против введения этого термина, так как эдификаторное действие культурных растений выражено значительно слабее, чем диких, иногда оно в агрофитоценозах может совсем не проявляться. Возможно, термин «эдификатор» не совсем удачен, но он довольно широко распространен в агробиогеоценологии.

В качестве доминанта-эдификатора в агробиогеоценоз чаще всего вводят один вид культурного растения (например, пшеницу, рожь или кукурузу). Относительно редко встречаются смешанные посевы двух или более видов (кондоминантов) — вика с овсом, многокомпонентная травяная смесь. Иногда высевают два и более сорта одного вида растения, т. е. создают одновидовой дифференцированный (по Маркову) или совместный (по Юрину) посев.

Формы эдификаторного воздействия растений-доминантов (и кондоминантов) разнообразны. Эдификаторы изменяют микроклимат агробиогеоценоза, влияют на физико-химические свойства почв и почвенной влаги. Выделяя биологически активные вещества, эдификаторы существенно влияют на флору и фауну агробиогеоценоза. Высеваемые растения воздействуют на среду при помощи выделения метаболитов. Среди метаболитов важную эдификаторную роль в фитоценозе играют колины (агенты влияния высших растений на высшие) и фитонциды (агенты влияния высших растений на низшие). Эдификаторную роль доминантов (и кондоминантов) агрофитоценоза необходимо в дальнейшем всесторонне изучить.

Эдификаторная роль культурных растений разных видов неодинакова. По степени убывания эдификаторного влияния они, по Н. Е. Воробьеву, могут быть расположены в следующем ряду: многолетние травы, озимые колосовые культуры, яровые колосовые, зернобобовые, яровые пропашные (подсолнечник, картофель, кукуруза), бахчевые, овощные.

По эдификаторности, т. е. по способности влиять на среду, культурные растения подразделены В. В. Туганаевым на три группы.

В первую группу входят сильноэдификаторные растения. К ним относят растения сплошного посева, образующие травостой, проективное покрытие которого составляет около 100 %. К этой же группе отнесены растения высокорослые (до 3 м) и среднерослые, но быстро развивающиеся с весны (озимая рожь, рапс, вика, подсолнечник на силос).

Вторую группу составляют среднеэдификаторные растения. К ним относятся растения сплошного и рядкового весеннего посева, достаточно высокорослые, с проективным покрытием 70—80 %, большей частью быстро развивающиеся после появления всходов (яровые зерновые, в том числе рис), пропашные (хлопчатник, кукуруза, гречиха, соя).

Третью группу составляют слабоэдификаторные растения. К ним относятся некоторые растения, медленно развивающиеся после появления всходов и с проективным покрытием не выше 50 %: бахчевые, овощные культуры, горох и др.

Эту классификацию, отражающую степень эдификаторного влияния сельскохозяйственных культур, можно использовать при оценке агробиогеоценозов.

Выполняя роль доминантов-эдификаторов, возделываемые растения определяют структуру и функцию агробиогеоценозов, их компонентный состав. Они существенно влияют на состояние растений-спутников (сорняков и др.).

 

Массо- и энергообмен на планете включает разнообразные процессы вещественных и энергетических превращений и перемещений в литосфере, гидросфере, атмосфере. С появлением жизни эти круговороты и потоки интенсифицировались, претерпев существенные качественные изменения в результате развития биогенной миграции.

Многоплановая производственная деятельность человека вносит заметные коррективы в процессы массо- и энергообмена, затрагивая и изменяя их территориальные и временные характеристики. Агроэкосистемы, разумеется, причастны к этим изменениям (и подчас в немалой степени), способствуя, в частности, разомкнутости круговоротов веществ и др. Так, вследствие разомкнутости круговорота азота под влиянием химизации агроэкосистем планеты в воде и почвах накапливается и не возвращается в атмосферу ориентировочно около 10 млн т данного элемента. Избыток биогенных веществ — причина загрязнения природных вод, развития нежелательных процессов в почвах и т. д. Нарушение естественных круговоротов веществ — не единственное последствие вмешательства человека в природные циклы. Сельское хозяйство изменяет в круговороте веществ и потоков энергии интенсивность и траектории их перемещения. Особенно опасно вовлечение в круговорот искусственно синтезированных веществ, в том числе и ксенобиотиков.

В пределах территориальных участков, находящихся под влиянием формирующихся и функционирующих агроэкосистем, складываются свои особенности развития и перемещения миграционных потоков веществ, что по-разному сказывается на состоянии природных комплексов и их компонентов и требует нестандартных решений при рассмотрении конкретных природоохранных ситуаций.

Все экосистемы функционируют на основе прохождения биогеохимических циклов — эволюционно сложившихся универсальных природных процессов. В соответствии с принципами гомеостаза заметные изменения любого из формирующих экосистему функциональных компонентов могут послужить первопричиной существенных изменений других компонентов; при этом нарушается прежнее внутреннее строение системы (состав растительных и животных сообществ, доминирование органического вещества и т.д.). Стабильность экосистемы сохраняется и в том случае, если она переходит на новый уровень гомеостаза. Если же исключается или становится неэффективным любой из функциональных компонентов, экосистема может разрушиться под действием абиотических факторов, например под действием эрозии.

Достижение стабильного функционирования агроэкосистем, предотвращение возникновения и развития деградационных процессов требуют постоянной целенаправленной работы: научного осмысления особенностей биологического продуцирования, формирования целесообразных направлений практической деятельности. Принципиально важна сравнительная оценка свойств природных и культивируемых систем. В перспективе должно быть обеспечено максимальное приближение свойств искусственных образований к свойствам природных — к этому, по сути, и должны сводиться агроэкологические решения, основывающиеся на учете особенностей массо- и энергообмена в агроэкосистемах.

Продукционный процесс агроэкосистемы зависит не от разрозненно действующих абиотических (местоположение, солнечная радиация, тепловой и водный режимы, минеральное питание и др.), биотических и антропогенных факторов, а одновременно от всего их комплекса (результирующий вектор сложных комбинаций межфакторных взаимодействий). Продуктивность агроэкосистемы обеспечивается интенсивностью и направленностью процессов обмена веществ и переноса энергии между возделываемой культурой и окружающей природной средой, находящихся под управлением человека. От качества управления, степени его природосообразности зависит в конечном итоге экосистемный уровень биологической организации агроэкосистем.

 

Земная поверхность представлена огромным разнообразием естественных и преобразованных (антропогенных) экосистем. Общим свойством для каждой из них является автотрофность в результате фотосинтеза под действием однонаправленного потока энергии Солнца, проходящего через вещества и живые организмы как естественных, так и измененных экосистем.

Для растения составляющие суммарного потока энергии Солнца имеют существенное значение: благодаря пространственно-временным изменениям они влияют на ход физиологических процессов и др.

Для всех растительных объектов аккумуляция энергии сопровождается формированием или накоплением биомассы, которая служит структурным материалом для образования органов растений и энергетическим материалом для биосинтеза, обеспечивающего существование не только отдельного растения, но и всей сложнейшей биологической структуры.

Рост и развитие растений как органообразовательный процесс и процесс продуцирования биомассы начинаются после формирования оптико-фотосинтетической системы листа и дальнейшего осуществления реакций фотосинтеза. Это единственный процесс на Земле, в ходе которого накопление и превращение энергии простых неорганических веществ в энергию химических связей органических веществ обеспечиваются поглощением энергии естественного источника, лучистой энергии Солнца.

Наивысшая продуктивность агроэкосистемы (как и экосистемы), т. е. максимальное накопление биомассы в виде различных вегетативных и репродуктивных органов возделываемых видов растений, определяется адаптированностью оптического аппарата к солнечной энергии. Один из признаков такой адаптированности — максимальное аккумулирование энергии, т. е. биомассы, растением за единицу времени. При условии нелимитированности других экологических факторов, обеспечивающих процесс фотосинтеза, за счет поглощенной энергии света образуется 95…97 % органических соединений, представленных растительной биомассой. При этом, разумеется, часть энергии расходуется на дыхание.

Для максимального использования поступающей энергии у экосистем эволюционно сформировался ряд адаптивных свойств (например, разнообразие видового состава). По аналогии должны создаваться и агроэкосистемы, поскольку последние имеют ту же первооснову производства биологической продукции. В этом отношении интересно вспомнить, что земледельцам народности майя удалось вывести высокоурожайные сорта кукурузы, бобовых, тыквы, а ручная техника обработки небольшого лесного участка и сочетание на одном поле посевов нескольких культур (кукурузы и фасоли) позволяли долгое время сохранять его плодородие и не требовали частой смены участков.

Создание высокопродуктивных сочетаний сельскохозяйственных культур — один из реальных и действенных путей повышения продуктивности и эффективности затрат в агроэкосистемах. Смешанные и совместные посевы можно использовать в агроэкосистемах при высоком уровне механизации работ. Сельскохозяйственные культуры высевают чередующимися полосами или рядами, а также подсевают в междурядья зерновых. В районах с умеренным климатом используют различные комбинации культур: горох и сою с овсом и кукурузой, сою и фасоль с кукурузой, сою с пшеницей, горох с подсолнечником, рапс с кукурузой. При оптимальном подборе злаковых и бобовых компонентов существенно повышаются продуктивность посевов, выход белка, причем не только за счет зерна бобовых, но и за счет повышения содержания белка в зерне злаковых, которые используют азот, фиксируемый бобовой культурой.

Многочисленными исследованиями отечественных и зарубежных ученых конкретизированы оптические свойства почти 1500 видов растений (мезофитов, ксерофитов, гигрофитов и суккулентов травянистых, кустарниковых и древесных форм) и получена средняя спектральная кривая поглощения лучистой энергии. Согласно установленному распределению наименьшее поглощение лучистой энергии «средним» листом (до 20 %) наблюдается в диапазоне длины волн 0,75… 1,30 мкм, а наибольшее (70 % и более) —в диапазонах 0,30…0,70; 1,80…2,10 и 2,23…2,50 мкм. Энергетический баланс экосистем, меняющийся в зависимости от климатической зоны, объективно обусловливает формирование у экосистем приспособленности к «оптимальному» поглощению лучистой энергии, возможному в конкретных условиях. Адаптированность энергетического баланса экосистемы, соответствующая энергозатратам на теплообмен и транспирацию, повсеместно определяет продукционную эффективность как естественных, так и искусственных ценотических образований. Энергетические особенности различных природных зон планеты позволяют выделить 5 основных (глобальных) типов агроэкосистем.

Тропический тип характеризуется высокой обеспеченностью теплом, способствующей непрерывной вегетации. Земледелие базируется главным образом на основе функционирования агроэкосистем с преобладанием многолетних культур (ананасы, бананы, какао, кофе, многолетний хлопчатник и др.). Однолетние культуры дают несколько урожаев в год. К особенностям этого типа агросистем относится потребность в непрерывном вложении антропогенной энергии в связи с постоянным в течение года проведением полевых работ. Агроэкосистемам этого типа присуща фактически равнозначность естественного и антропогенного процессов массо- и энергообмена.

В агроэкосистемах субтропического типа интенсивность антропогенных потоков веществ и энергии меньше; проявляются дискретность и дисперсность этих потоков. В основном характерно наличие двух вегетационных периодов — летнего и зимнего. Произрастают многолетние растения, которые имеют хорошо выраженный период покоя (виноград, грецкий орех, чай и др.). Однолетние растения летнего периода представлены кукурузой, рисом, соей, хлопчатником, зеленными и т. д.

Агроэкосистемы умеренного типа характеризуются лишь одним (летним) вегетационным периодом и продолжительным («нерабочим») периодом зимнего покоя. Очень высокая потребность во вложении антропогенной энергии приходится на весну, лето и первую половину осени.

Земледелие в агроэкосистемах полярного типа носит очаговый характер. Агроэкосистемы существенно ограничены территориально и по видам возделываемых культур (листовые овощи, ячмень, некоторые корнеплоды, ранний картофель).

Агроэкосистемы арктического типа в открытом грунте отсутствуют. Возделывание культурных растений исключено из-за очень низких температур теплого периода: в летние месяцы бывают длительные похолодания с отрицательными температурами. Возможно использование закрытого грунта.

На территории России главенствующими являются агроэкосистемы умеренного типа. При организации агроэкосистем важно обеспечить более полноценное использование лучистой энергии.

 

 

  1. Агроэкология / В. А. Черников, Р. М. Алексахин, А. В. Голубев и др.; Под ред. В.А. Черникова, А. И. Чекереса. — М.: Колос, 2000. — 536 с.: ил.—
  2. Охрана окружающей среды: Учебник для вузов / Автор-составитель А.С. Степановских. — М.: Ю ДАНА, 2000. — 559 с.
  3. Сельскохозяйственная экология / Н.А. Уразаев, А.А. Вакулин, А.В. Никитин и др. — М.: Колос, 2000. — 304 с: ил.
  4. Степановских А.С. Экология. — Курган: ГИПП «Зауралье». — 2000. — 704 с, ил.

 

 

Источник: znakka4estva.ru


Добавить комментарий

Ваш e-mail не будет опубликован. Обязательные поля помечены *

Этот сайт использует Akismet для борьбы со спамом. Узнайте, как обрабатываются ваши данные комментариев.