Агроэкосистемы в отличие от экосистем. Агроэкология
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 - поле - сельскохозяйственная 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 не способны 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.
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?
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.
Агроэкосистемы существенно отличаются от природных 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.
Экосистема – это совокупность живых организмов и среды их обитания. Непременное условие объединения организмов в экосистему – наличие системы связей, по которым происходит обмен энергии и веществ. Понятие экосистемы это одна из фундаментальных категорий онтологии. Вместе с тем это своего рода некая научная абстракция.
Дело в том, что все живые организмы на земле, так или иначе, взаимосвязаны между собой. Когда речь идет, о какой-либо конкретной экосистеме, то, как правило, подразумевается некое обособление участка пространства и живых организмов населяющих его и состоящих друг с другом в болей тесных связях, чем с другими.
Таким образом, экосистемы могут иметь разные размеры и подразделяются на 4 типа: микро-, мезо-, макро- и биогеоценоз. К микроэкосистемам принадлежат небольшие системы наподобие капли воды или аквариума. К мезоэкосистемам относят такие крупные образования как пруд, лес, поле. Континент или море относят к Макроэкосистемам, а вот глобальную экосистему Земли называют биогеоценозом. Экосистемы принято также разделять на природные и созданные людьми.
Природные экосистемы
Природная экосистема возникает в естественных условиях без вмешательства со стороны человека
. Ее отличительной чертой есть способность к саморегуляции. Механизмы взаимодействия живых организмов на болей высоком уровне позволяют экосистеме изменять свою структуру, приспосабливая ее к новым условиям. Любую экосистему стоит рассматривать как некий сложившийся в неких условиях объект. Если условия обитания превышаю границы жизненных показателей организмов, то экосистема лишается своих составляющих.
Еще одной характерной особенностью функционирования экосистем есть способность к самоорганизации . Отсутствие, какого либо координационного центра компенсируется за счет активности и взаимодействию ее элементов. Стремление живых организмов к выживанию, росту и развитию позволяет экосистеме регулировать свою жизнедеятельность. Везде где появляются минимальные предпосылки для существования нескольких видов существ — возникают экосистемы.
Каждая экосистема имеет также свое строение. Она состоит из трофических уровней – верхнего и нижнего. Верхний уровень располагается на уровне земной поверхности и выше. Там располагаются организмы растительного происхождения, принадлежащие к фотосинтезирующей биомассе. На нижнем уровне под землей находятся разнообразные организмы, участвующие в процессах разложения органических веществ.
Структура элементов экосистемы выглядит следующим образом:
- Неорганические вещества.
- Органические вещества.
- Субстратная среда.
- Продуценты.
- Консументы.
- Редуценты.
Неорганические вещества принимают участие в круговороте веществ. Органические служат депо для связанной химической энергии. Субстратная среда представлена землей, водой и воздухом.
Продуценты связывают энергию света солнца и с помощью процесса фотосинтеза преображают ее в энергию химических связей. Консументы употребляют в пищу продуцентов и усваивают вместе с химическими веществами энергию, но на следующий уровень переходит не больше 10% от количества предыдущей. В условиях такого дисбаланса между разными уровнями переходы энергии возможны благодаря существованию экологических пирамид. Масса каждого из звеньев в десять раз меньше предыдущего. Обычная цепь питания состоит из 3 элементов:
- Продуценты.
- Консументы.
- Редуценты.
Состояние внутреннего равновесия экосистемы называется гомеостазом. Экосистема достигает этого состояния за счет внутренних механизмов саморегуляции. Например, чрезмерное размножение травоядных животных привело бы к уменьшению фотосинтезирующей массы, но вместе с тем возрастает численность хищников, которые уменьшаю популяцию консументов первого порядка.
Агроэкосистемы
Отличительной чертой этих экосистем есть их искусственное происхождение. Так же как и природные экосистемы, им свойственна определенная структура и взаимосвязанность элементов. Кроме своего возникновения эти экосистемы также обязаны человеку своим дальнейшим существованием. Отсутствие природных механизмов саморегуляции вынуждает человека постоянно осуществлять контроль. Структура аграрной экосистемы также отличается от природной упрощенной структурой. Это связано с тем, что при создании агроэкосистем человек использует только часть элементов и их взаимосвязи в своих целях.
Длительность жизни агроэкосистем весьма непродолжительна . Большинство таких экосистем существуют на протяжении одного периода вегетации и прекращают свое существование во время сбора урожая. В агроэкосистемах количество звеньев в трофических цепях невелико. В идеале, консументы представлены преимущественно человеком.
Различие природных и агроэкосистем
Одним из основных отличий являются механизмы регуляции. Если природная система способна к саморегуляции, то агроэкосистема полностью зависит от вмешательства человека. Также обе экосистемы отличаются субстратной средой. Если природные возникают стихийно на любых субстратах, то субстраты агроэкосистем формирует человек исходя из своих потребностей.
Также природная экосистема отличается от агроэкосистемы большим видовым разнообразием и количеством трофических уровней. Единственным основанием природной экосистемы есть стремление живых существ к росту и развитию, а вот устройство агроэкосистем обусловлено целесообразностью заложенной человеком. Отличаются обе экосистемы также продолжительностью жизни – природная существует до тех пор, пока не будет исчерпана ресурсная база. В то время как длительность жизни агроэкосистемы зависит от потребностей человека.
Вопрос №11: Особенности наземно-воздушной среды. Адаптации организмов к жизни в наземно-воздушной среде
ОСОБЕННОСТИ наземно-воздушной среды:
· невысокая плотность воздуха, нет резких перепадов давления, большое содержание кислорода, температурные перепады, обилие света, огромная сила земного притяжения (сила тяжести).
ОБИТАТЕЛИ: пауки, насекомые, пресмыкающиеся, птицы, звери.
ПРИСПОСОБЛЕНИЯ: разнообразные. Конечности, позволяющие ползать, бегать, прыгать. роговые панцири, чешуи, хитинизированная кутикула, защитная окраска, маскирующая форма тела, когти, присоски, сложные инстинкты, фотопериодизм, геотропизм и др.
Агроэкосистемы - сознательно спланированные человеком территории, на которых сбалансировано получение сельскохозяйственной продукции и возврат её составляющих на поля для обеспечения круговорота минеральных и органических веществ. В правильно спланированные агроэкосистемы, кроме пашен, входят пастбища или луга и животноводческие комплексы.
Отличия агроценозов от естественных биогеоценозов. Между естественными и искусственными биогеоценозами наряду со сходством существуют и большие различия, которые важно учитывать в сельскохозяйственной практике.
1) состоит в разном направлении отбора. В природных экосистемах существует естественный отбор, отвергающий неконкурентоспособные виды и формы организмов и их сообществ в экосистеме и тем самым обеспечивающий ее основное свойство - устойчивость. В агроценозах действует преимущественно 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 распадаются или отмирают.
2) 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.
3) сводится к тому, что в агроэкосистемах резко снижено видовое разнообразие живых организмов. На полях обычно культивируют один или несколько видов растений, что приводит к значительному обеднению видового состава животных, грибов, бактерий. Кроме того, биологическое однообразие сортов культурных растений, занимающих большие площади часто является основной причиной их массового уничтожения специализированными насекомыми (например, колорадским жуком) или поражения возбудителями болезней.
4)состоит в разном балансе питательных элементов. В естественном биогеоценозе первичная продукция растений (урожай) потребляется в многочисленных цепях питания и вновь возвращается в систему биологического круговорота в виде углекислого газа, воды и элементов минерального питания.
Экосистемой называется особое единство растений, микроорганизмов и животных, в рамках которого между ними происходит обмен различными веществами и энергией. Каждая экосистема обладает характерным только для нее составом почвы, температурой, а также другими показателями. Они подразделяются на две категории - естественные (природные) и искусственные (агроэкосистемы). В чем же их сходства и различия? Давайте разбираться.
Главные отличия
Чем природная экосистема отличается от агроэкосистемы в наибольшей степени? В первую очередь - разнообразием видов на ее территории. Первый тип (агроценоз) существует гораздо более длительное время, обладает способностью самостоятельно регулировать происходящие в ней процессы. Природная экосистема, в отличие от агроэкосистемы, более устойчива и стабильна. Создаваемая в ее пределах биомасса используется для обогащения ее же ресурсов и не покидает пределы данной системы. К категории природных экосистем относят моря, леса, степи, болота. Ко второй группе принадлежат те системы, которые созданы руками человека.
Развитие сельского хозяйства и природный баланс
С самых древних времен, когда сельское хозяйство только начало зарождаться, человек полностью уничтожал растительный покров, чтобы вырастить те виды, которые были бы наиболее пригодны для питания. На заре истории деятельность человека не нарушала баланса в биохимическом круговороте. Однако современное сельское хозяйство применяет по большей части синтезированную энергию, обрабатывает землю механическими способами. В подавляющем большинстве случаев для получения высокого урожая используются удобрения, пестициды. Все эти действия могут привести к непредсказуемым последствиям.
Опасность для природы
Еще одно отличие экосистемы от агроэкосистемы - это занимаемая ими площадь. Последние занимают не более 10% от общей площади суши. Но при этом они являются источниками 90% пищи для человечества. Их биологическая продуктивность на порядок выше, чем у естественных экосистем. Однако агроэкосистемы обладают меньшей устойчивостью. Чем природная экосистема отличается от агроэкосистемы помимо перечисленных факторов? Одно из важнейших различий между этими двумя типами систем состоит в том, что агроэкосистема истощает почву, а также может быть опасной для плодородия почв. Первый тип, наоборот, формирует качественный грунт.
Те системы, которые созданы руками человека, также производят различные отходы и загрязнители. Они обязательно должны проходить обеззараживание, и это происходит за счет человека. Природные экосистемы обеззараживаются самостоятельно - для этого не нужна никакая плата или усилия со стороны людей. Они также имеют способность сохранять сами себя в течение длительного времени. Что касается агроэкосистем, то для их поддержания требуется большое количество затрат.
Рациональность в природопользовании
Нередко ответ на вопрос о том, в чем состоит отличие экосистемы от агроэкосистемы, необходимо подготовить школьникам или учащимся природоохранных факультетов. Главный аспект, который необходимо озвучить при подготовке такого материала, - это создание агроэкосистемы руками человека. Те виды, которые культивируются руками человека, поддерживаются при помощи искусственного отбора. Они получают энергетический поток только благодаря действиям извне. Без поддержки со стороны человека этот тип системы очень быстро распадается и возвращается в обычное, естественное состояние.
Мы рассмотрели, в чем отличия экосистемы от агроэкосистемы. Из этого анализа можно сделать вывод: при длительном использовании природных ресурсов - в частности, при постоянном изъятии урожая - плодородие почвы неуклонно снижается. Это положение в экологической науке носит название убывающего плодородия. Для того чтобы вести сельское хозяйство расчетливо и рационально, нужно учитывать фактор обеднения почвенных ресурсов. Человек может сохранять плодородие почв, если будет использовать улучшенную технику для их обработки, делать севооборот рациональным, а также использовать другие приемы.
Чем природная экосистема отличается от агроэкосистемы? Список отличий
Все различия между данными типами систем можно представить в виде списка:
- Агроценоз создан руками человека. Естественная экосистема образуется и функционирует в природе без намеренного вмешательства людей.
- Разнообразие видов свойственно только природным экосистемам. На пшеничном или ржаном поле, созданном руками человека, можно встретить разве что несколько видов сорняков.
- Природная экосистема постоянно получает, накапливает, а также преобразует энергию. Агроценозу постоянно необходим приток энергии в виде удобрений либо топлива.
- Смена растительного покрова в агроэкосистеме происходит по воле человека. В природе же этот процесс протекает естественным путем.
- Агроценоз расходует большое количество воды. Природная экосистема накапливает воду, расходуя ее постепенно.
- Агроэкосистема требует значительных затрат для поддержания своего существования, а природная экосистема имеет способность к самовосстановлению.
Вопросом о том, чем природная экосистема отличается от агроэкосистемы, занимается экология. Те студенты или школьники, которые хотели бы изучить этот вопрос детальнее, могут прочесть специальную литературу. Например, учебник «Общая экология» авторов Н. М. Черновой и А. М. Быловой, или же издание «Стабильность и устойчивость агроэкосистем» И. Ю. Винокурова.
