Агроэкосистема (агроценоз)
Это искусственная экосистема, созданная человеком (поле пшеницы, яблоневый сад).
1. 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).
2. 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:
- ядохимикаты (плюс – дёшево, минус – уничтожаются естественные враги вредителей, так что их численность может, наоборот, возрасти);
- биологические методы (использование естественных врагов – наездников против бабочек, божьих коровок против тли и т.п.);
- севооборот (каждый год на поле выращивается другая культура, чтобы вредители не накапливались в почве)
3. 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).
Еще можно почитать
Задания части 1
Выберите один, наиболее правильный вариант. Основным источником энергии для агроэкосистем являются
1) минеральные удобрения
2) солнечные лучи
3) органические удобрения
4) почвенные воды
Выберите один, наиболее правильный вариант. Большую роль в повышении продуктивности агроэкосистем играет
1) превышение нормы высева семян
2) введение севооборота на полях
3) выращивание растений одного вида
4) увеличение площади агроценоза
Выберите один, наиболее правильный вариант. Почему поле, засеянное культурными растениями, нельзя считать природной экосистемой
1) отсутствуют цепи питания
2) не происходит круговорот веществ
3) кроме солнечной используется дополнительная энергия
4) растения не располагаются в пространстве ярусами
Выберите один, наиболее правильный вариант. В чем проявляется сходство плантации сахарной свеклы и экосистемы луга
1) имеют незамкнутый круговорот веществ
2) для них характерна небольшая длина цепей питания
3) в них отсутствуют вторичные консументы (хищники)
4) имеют пищевые цепи и сети
Выберите один, наиболее правильный вариант. УКАЖИТЕ НЕВЕРНОЕ УТВЕРЖДЕНИЕ. Оставленный человеком агроценоз гибнет, так как
1) культурные растения вытесняются сорняками
2) он не может существовать без удобрений и ухода
3) он не выдерживает конкуренции с естественными биоценозами
4) усиливается конкуренция между культурными растениями
АГРОЦЕНОЗ
1. Выберите три варианта. В агроэкосистеме картофельного поля, в отличие от экосистемы луга
1) отсутствуют консументы
2) высокая численность продуцентов одного вида
3) незамкнутый круговорот веществ
4) преобладают растительноядные насекомые
5) отсутствуют редуценты
6) нарушена саморегуляция
2. Выберите три верных ответа из шести и запишите цифры, под которыми они указаны. Агроценозы, по сравнению с биогеоценозами, являются неустойчивыми экосистемами, так как
1) цепи питания неразветвленные и короткие
2) отсутствуют разрушители
3) цепи питания отсутствуют
4) преобладает один вид производителей
5) круговорот веществ незамкнутый
6) отсутствуют потребители
3. Выберите три верных ответа из шести и запишите цифры, под которыми они указаны. Выберите признаки агроценоза
1) активное размножение консументов III порядка
2) имеет продуцентов, редуцентов, консументов
3) часть продукции изымается человеком
4) имеет сбалансированный круговорот веществ
5) происходит перегнивание растительных остатков
6) характеризуется небольшим видовым разнообразием
4. Выберите три верных ответа из шести и запишите цифры, под которыми они указаны. Какие из приведённых ниже признаков характерны для экосистемы кукурузного поля?
1) короткие пищевые цепи
2) низкая продуктивность
3) преобладание монокультуры
4) большое разнообразие консументов
5) низкая экологическая устойчивость
6) сбалансированный круговорот веществ
СОБИРАЕМ ИЗ ПОЛОВИНОК:
2) является местом обитания диких животных и дикорастущих растений
3) характеризуется истощением и эрозией плодородных почв
6) характеризуется большим разнообразием видов растений
АГРОЦЕНОЗ ПРИМЕРЫ
1. Выберите три верных ответа из шести и запишите цифры, под которыми они указаны. К агроценозам относятся
1) еловый лес
2) лесное озеро
3) лесопосадки
4) суходольный луг
5) пшеничное поле
6) вишневый сад
БИОЦЕНОЗ
1. Выберите три варианта. В экосистеме широколиственного леса — дубраве
1) короткие пищевые цепи
2) устойчивость обеспечивается разнообразием растений и животных
3) высокая биологическая продуктивность
4) видовой состав растений и животных ограничен
5) почва богата гумусом
6) в почве отсутствуют редуценты
2. Выберите три варианта. В природной экосистеме, в отличие от искусственной
1) длинные цепи питания
2) короткие цепи питания
3) небольшое число видов
4) осуществляется саморегуляция
5) замкнутый круговорот веществ
6) используются дополнительные источники энергии наряду с солнечной
3. Выберите три верных ответа из шести и запишите цифры, под которыми они указаны. Признаки, характерные для биогеоценоза:
1) использование минеральных удобрений
2) разветвлённые пищевые цепи
3) осуществление замкнутого круговорота веществ
4) относительная устойчивость и стабильность
5) отсутствие редуцентов
6) проявление искусственного отбора
4. Выберите три верных ответа из шести и запишите цифры, под которыми они указаны. Коралловому рифу как устойчивому сообществу свойственны
1) богатое разнообразие видов организмов
2) очень высокая биологическая продуктивность
3) изъятие части зообионта человеком
4) преобладание в сообществе кораллов одного вида
5) сбалансированный круговорот веществ
6) короткие цепи питания
5. Выберите три верных ответа из шести и запишите цифры, под которыми они указаны. В экосистеме пойменного луга
1) разнообразный видовой состав трав
2) преобладание продуцентов одного вида
3) отсутствие консументов и редуцентов
4) сбалансированный круговорот веществ
5) действие искусственного отбора велико
6) разветвленные пищевые цепи
БИОЦЕНОЗ ПРИМЕРЫ
1. Выберите три верных ответа из шести и запишите цифры, под которыми они указаны. Какие из перечисленных сообществ относят к природным биоценозам?
1) вишнёвый сад
2) мхи на коре деревьев
3) заливной луг
4) смешанный лес
5) ковыльная степь
6) пшеничное поле
2. Выберите три верных ответа из шести и запишите цифры, под которыми они указаны. К естественным биогеоценозам относят
1) низинное болото
2) ржаное поле
3) суходольный луг
4) вишневый сад
5) банановую плантацию
6) сосновый бор
3. Выберите три верных ответа из шести и запишите цифры, под которыми они указаны. К устойчивым экосистемам относятся:
1) вишневый сад
2) картофельное поле
3) таежный лес
4) смешанный лес
5) пшеничное поле
6) березовая роща
АГРОЦЕНОЗ — БИОЦЕНОЗ
1. Установите соответствие между характеристикой экосистемы и её видом: 1) агробиоценоз, 2) биогеоценоз. Запишите цифры 1 и 2 в правильном порядке.
А) разнообразные цепи и сети питания
Б) большое разнообразие видов
В) наличие монокультуры
Г) замкнутый круговорот веществ
Д) неустойчивость во времени
Е) необходимость в дополнительной энергии
2. Установите соответствие между характеристикой экосистем и их типом: 1) природная экосистема, 2) агроэкосистема
А) преобладают растения одного вида
Б) обитает большое разнообразие видов
В) осуществляется саморегуляция численности популяций
Г) круговорот веществ незамкнутый
Д) большую роль играет антропогенный фактор
Е) пищевые цепи длинные
3. Установите соответствие между характеристиками и экосистемами: 1) биогеоценоз, 2) агроценоз. Запишите цифры 1 и 2 в правильном порядке.
А) преобладание монокультуры
Б) большое видовое разнообразие
В) использование дополнительной энергии
Г) сбалансированный круговорот веществ
Д) действие естественного и искусственного отборов
Е) пищевые цепи короткие, состоящие из двух-трех звеньев
4. Установите соответствие между признаками и экосистемами: 1) ковыльная степь, 2) пшеничное поле. Запишите цифры 1 и 2 в правильном порядке.
А) разветвленные сети питания
Б) короткие пищевые цепи
В) низкая саморегуляция
Г) разнообразие продуцентов
Д) видовое разнообразие животных
Е) доминирование монокультуры
5. Установите соответствие между экосистемами и их особенностями: 1) картофельное поле, 2) луг. Запишите цифры 1 и 2 в порядке, соответствующем буквам.
А) преобладает монокультура
Б) круговорот веществ незамкнутый
В) совместно обитает много видов
Г) устойчивая система
Д) цепи питания длинные
Е) требуется приток дополнительной энергии
6. Установите соответствие между экосистемами и их особенностями: 1) дубрава, 2) яблоневый сад. Запишите цифры 1 и 2 в порядке, соответствующем буквам.
А) круговорот веществ незамкнутый
Б) характерно видовое разнообразие
В) круговорот веществ замкнутый
Г) присутствует доминантный вид
Д) неустойчивая экосистема
Е) пищевые цепи разветвленные
7сб. Установите соответствие между характеристиками и примерами экосистем: 1) пресноводное озеро, 2) нагульный пруд хозяйства. Запишите цифры 1 и 2 в порядке, соответствующем буквам.
А) несбалансированный круговорот веществ
Б) большая биомасса монокультуры
В) включает в себя неразветвленные пищевые сети
Г) действует искусственный отбор
Д) используются пищевые добавки
Е) происходит самовозобновление экосистемы
8е. Установите соответствие между характеристиками и экосистемами: 1) мелколиственный лес, 2) гречишное поле. Запишите цифры 1 и 2 в порядке, соответствующем буквам.
А) сбалансированный круговорот веществ
Б) пищевые цепи короткие, состоящие из двух-трёх звеньев
В) преобладание монокультуры
Г) использование дополнительной энергии
Д) большое видовое разнообразие
Е) действие естественного и искусственного отборов
АГРОЦЕНОЗ — БИОЦЕНОЗ СХОДСТВА
1. Выберите три верных ответа из шести и запишите цифры, под которыми они указаны. В агроэкосистеме ячменного поля, как и в любой другой экосистеме,
1) осуществляется саморегуляция
2) имеются продуценты, консументы и редуценты
3) осуществляется замкнутый круговорот веществ
4) используется солнечная энергия
5) образуются пищевые связи
6) имеются разветвлённые пищевые сети
2. Выберите три верных ответа из шести и запишите цифры, под которыми они указаны. Выберите общие признаки, характерные как для естественных, так и для искусственных экосистем.
1) имеют сбалансированный круговорот веществ
2) используют дополнительные источники энергии
3) устойчивы во времени
4) содержат продуцентов, консументов, редуцентов
5) представляют собой открытые системы
6) испытывают действие естественного отбора
3. Выберите три верных ответа из шести и запишите цифры, под которыми они указаны. Общие признаки, характеризующие природную и искусственную экосистему:
1) ярусность
2) использование энергии Солнца и энергии, вносимой человеком
3) наличие всех функциональных групп
4) полный круговорот веществ
5) влияние экологических факторов
6) постоянно высокая продуктивность
АГРОЦЕНОЗ — БИОЦЕНОЗ ПРИМЕРЫ
1. Установите соответствие между видами экосистем и их примерами: 1) искусственная экосистема, 2) естественная экосистема. Запишите цифры 1 и 2 в порядке, соответствующем буквам.
А) луг
Б) парк
В) пруд
Г) озеро
Д) ботанический сад
Е) дубрава
2. Установите соответствие между примерами экосистем и их типами: 1) искусственная, 2) естественная. Запишите цифры 1 и 2 в порядке, соответствующем буквам
А) пшеничное поле
Б) вишневый сад
В) дубрава
Г) луг
Д) озеро
Е) болото
3. Установите соответствие между экосистемами и их видами: 1) агроценозы, 2) биогеоценозы. Запишите цифры 1 и 2 в порядке, соответствующем буквам.
А) яблоневый сад
Б) осинник
В) гречишное поле
Г) смешанный лес
Д) ельник-черничник
Е) прерии и пампасы
Источник
18. Воздействие сельскохозяйственной деятельности человека на природу
18.3. Энергопотребление, функционирование и биопродуктивность агроэкосистем
Ранее нами было рассмотрено (глава 4.1), что каждую минуту на 1 см 2 верхнего слоя земной атмосферы поступает 2 калории солнечной энергии — так называемая солнечная постоянная, или константа. Использование растениями световой энергии относительно невелико. Только небольшая часть солнечного спектра, так называемая ФАР (фотосинтетически активная радиация с длиной волны 380—710 нм, 21—46% солнечной радиации) используется в процессе фотосинтеза. В зоне умеренного климата на сельскохозяйственных землях КПД фотосинтеза не превышает 1,5—2%, а чаще всего он равен 0,5%.
В развивающемся мировом сельском хозяйстве различаются по количеству поступающей и используемой человеком энергии и ее источнику несколько типов экосистем (М.С. Соколов и др 1994).
1. Естественные экосистемы. Единственным источником энергии является солнечная (океан, горные леса). Эти экосистемы представляют собой основную опору жизни на Земле (приток энергии в среднем 0,2 ккал/см 2 • год).
2. Высокопродуктивные естественные экосистемы. Кроме солнечной, используются другие естественные источники энергии (каменный уголь, торф и т. д.). К ним относятся лиманы, дельты крупных рек, влажные тропические леса и другие естественные экосистемы, обладающие высокой продуктивностью. Здесь в избытке синтезируется органическое вещество, которое используется или накапливается (приток энергии в среднем 2 ккал/см 2 • год).
3. Агроэкосистемы, близкие к естественным экосистемам. Наряду с солнечной энергией используются дополнительные источники, создаваемые человеком. Сюда относятся системы сельского и водного хозяйства, которые производят продовольствие и сырье. Дополнительные источники энергии — ископаемое топливо, энергия обмена веществ людей и животных (приток энергии в среднем 2 ккал/см 2 • год).
4. Агроэкосистемы интенсивного типа. Связаны с потреблением больших количеств нефтепродуктов и агрохимикатов. Они более продуктивны в сравнении с предыдущими экосистемами, отличаясь высокой энергоемкостью (приток энергии в среднем 20 ккал/см 2 • год).
5. Промышленные (городские) экосистемы. Получают готовую энергию (газ, уголь, электричество). К ним относятся города, пригородные и промышленные зоны. Они являются как генераторами улучшения жизни, так и источниками загрязнения среды (поскольку прямая солнечная энергия не используется):
Эти системы биологически связаны с предыдущими. Промышленные экосистемы очень энергоемкости (приток энергии в среднем 200 ккал/см 2 • год).
Основные отличительные особенности функционирования природных экосистем и агроэкосистем.
1. Разное направление отбора. Для природных экосистем xaрактерен естественный отбор, который ведет к фундаментальному их свойству — устойчивости, отметая неустойчивые, нежизнеспособные формы организмов их сообществ.
Агроэкосистемы создаются и поддерживаются человеком. Главным здесь является искусственный отбор, который направлен на повышение урожайности сельскохозяйственных культур. Нередко урожайность сорта не связана с его устойчивостью к факторам окружающей среды, вредными организмами.
2. Разнообразие экологического состава фитоценоза обеспечивает устойчивость продукционного состава в естественной экосистеме при колебании в различные годы погодных условий. Угнетение одних видов растений приводит к повышению продуктивности других. В результате фитоценоз и экосистема в целом сохраняет способность к созданию определенного уровня продукции в разные годы.
Агроценоз полевых культур — сообщество монодоминантное, а нередко и односортовое. На всех растениях агроценоза действие неблагоприятных факторов отражается одинаково. Не может быть компенсировано угнетение роста и развития основной культуры усиленным ростом других видов растений. И как результат, устойчивость продуктивности агроценоза ниже, чем в естественных экосистемах.
3. Наличие разнообразия видового состава растений с различными фенологическими ритмами дает возможность фитоценозу как целостной системе осуществлять непрерывно в течение всего вегетационного периода продукционный процесс, полно и экономно расходуя ресурсы тепла, влаги и питательных элементов.
Период вегетации культивируемых растений в агроценозах короче вегетационного сезона. В отличие от естественных фитоценозов, где виды различного биологического ритма достигают максимальной биомассы в разное время вегетационного сезона, в агроценозе рост растений одновременен и последовательность стадий развития, как правило, синхронизирована. Отсюда, время взаимодействия фитоком-понента с другими компонентами (например, почвой) в агроценозе намного короче, что, естественно, сказывается на интенсивности обменных процессов в целой системе.
Разновременность развития растений в естественной (природной) экосистеме и одновременность их развития в агроценозе приводят к различному ритму продукционного процесса. Ритм продукционного процесса, например, в естественных лугопастбищных экосистемах, задает ритм деструкционным процессам или определяет скорость минерализации растительных остатков и время ее максимальной и минимальной интенсивности. Ритм дест-рукционных процессов в агроценозах в значительно меньшей степени зависит от ритма продукционного процесса, ввиду того что наземные растительные остатки поступают на почву и в почву на короткий промежуток времени, как правило, в конце лета и в начале осени, а их минерализация осуществляется главным образом на следующий год.
4. Существенным различием естественных экосистем и агроэкосистем является степень скомпенсированности круговорота веществ внутри экосистемы. Круговороты веществ (химических элементов) в естественных экосистемах осуществляются по замкнутым циклам или близки к скомпенсированности: приход вещества в цикл за определенный период в среднем равен выходу вещества из цикла, а отсюда внутри цикла приход вещества в каждый блок приблизительно равен вькоду вещества из него (рис. 18.5).
Рис. 18.5. Круговорот питательных веществ в
естественной экосистеме (по А. Тарабрину, 1981)
Антропогенные воздействия нарушают замкнутость круговорота веществ в экосистемах (рис. 18.6).
Рис. 18.6. Круговорот питательных веществ в
агроэкосистеме (по А. Тарабрину, 1981)
Часть вещества в агроценозах безвозвратно изымается из экосистемы. При высоких нормах внесения удобрений для отдельных элементов может наблюдаться явление, когда величина входа элементов питания в растения из почвы оказывается меньше величины поступления элементов питания в почву из разлагающихся растительных остатков и удобрений. С хозяйственно полезной продукцией в агроценозах отчуждается 50—60% органического вещества от его количества, аккумулированного в продукции.
5. Природные экосистемы являются системами, если можно так выразиться, авторегуляторными, а агроценозы — управляемые человеком. Для достижения своей цели человек в агроценозе изменяет или контролирует в значительной мере влияние природных факторов, дает преимущества в росте и развитии, главным образом компонентам, которые продуцируют пищу. Основная задача в связи с этим — найти условия повышения урожайности при минимализации энергетических и вещественных затрат, повышении почвенного плодородия. Решение данной задачи состоит в наиболее полном использовании агрофитоценозами природных ресурсов и создании скомпенсированных циклов химических элементов в агроценозах. Полнота использования ресурсов определяется генетическими особенностями сорта, продолжительностью вегетации, неоднородностью компонентов в совместных посевах, ярусностью посева и т. д.
Следовательно, делает вывод М.С. Соколов и др. (1994), самый строгий контроль состояния агроэкосистем, который требует значительных затрат энергии, можно осуществить только в закрытом пространстве. К данной категории относят полуоткрытые системы с весьма ограниченными каналами сообщения с внешней средой (теплицы, животноводческие коплексы), где регулируются и в значительной степени контролируются температура, радиация, круговорот минеральных и органических веществ. Это — управляемые агроэкосистемы. Все другие агроэкосистемы — открытые. Со стороны человека эффективность контроля тем выше, чем они проще.
В полуоткрытые и открытых системах усилия человека сводятся к обеспечению оптимальных условий роста организмов и строгому биологическому контролю за их составом. Исходя из этого возникают следующие практические задачи:
— во-первых, по возможности полное устранение нежелательных видов;
— во-вторых, отбор генотипов, обладающих высокой потенциальной продуктивностью.
В целом круговорот веществ связывает различные виды, населяющие а^оэкосистемы (рис. 18.7).
Рис. 18.7. Поток энергии в пастбищной агроэкосистеме
(по Н.А. Уразаеву и др., 1996) :
Примечание: белыми стрелками показана миграция веществ от продуцентов к первичным и вторичным консументам, черными — минерализация органических остатков растений и животных
Автотрофные организмы — продуценты, главным образом травы (I); первичные консументы, большей частью сельскохозяйственные животные (II); вторичные консументы — паразиты и микроорганизмы (III) и организмами-редуцентами являются грибы и микробы (IV). Отдельные живые организмы (животные) по отношению к звеньям трофической цепи было бы неправильным рассматривать только как консументы, а микроорганизмы как исключительно редуценты и деструкторы. Утилизируя органические соединения, животные разлагают их до простейших соединений — аммиака, мочевины, углекислого газа, воды или выступают как редуценты. Микроорганизмы, поедаемые хищньми простейшими, выступают как пищевой субстрат и источник энергии для консументов и т. д.
В биосфере многие циркулирующие вещества биогенного происхождения одновременно являются и носителями энергии. Растения в процессе фотосинтеза превращают лучистую энергию Солнца в энергию химических связей органических веществ и накапливают ее в форме углеводов — потенциальных энергоносителей. Данная энергия включается в круговорот питания от растений через фитофаги к консументам более высоких порядков. Количество связанной энергии по мере движения по трофической цепи постоянно уменьшается, так как значительная ее часть расходуется для поддержания жизненных функций консументов. Благодаря круговороту энергии в экосистеме поддерживается разнообразие форм жизни, а система сохраняет устойчивость.
По М.С. Соколову и др. (1994) расход фотосинтетической энергии растений в агроэкосистеме на примере лугопастбищных угодий средней полосы России выглядит следующим образом:
— около 1/6 части используемой растениями энергии расходуется на дыхание;
— около 1/4 части энергии поступает в организм растительнояд-ных животных. При этом 50% ее оказывается в экскрементах и трупах животных;
— в целом вместе с отмершими растениями и фитофагами около 3/4 первоначально поглощенной энергии содержится в мертвом органическом веществе и немногим более 1/4 исключается из экосистемы при дыхании в форме тепла.
Еще раз отметим, что поток энергии в пищевой цепи агроэко-системы подчиняется закону превращения энергии в экосистемах, так называемому закону Линдемана, или закону 10%. По закону Линдемана, только часть энергии, поступившей на определенный трофический уровень агроценоза (биоценоза), передается организмам, находящимся на более высоких трофических уровнях (рис. 18.8).
Рис. 18.8. Потери энергии в пищевой цепи (по Т. Миллеру, 1994)
Передача энергии с одного уровня на другой происходит с очень малым КПД. Этим объясняется ограниченное количество звеньев в пищевой цепи независимо от того или иного агроценоза.
Количество энергии, продуцируемое в конкретной природной экосистеме, является довольно стабильной величиной. Благодаря способности экосистемы производить биомассу, человек получает необходимые ему пищевые и многие технические ресурсы. Как уже было отмечено, проблема обеспечения численно растущего человечества пищей — это главным образом проблема повышения продуктивности агроэкосистем (сельского хозяйства), рис. 18.9.
Рис.18.9. Блок-схема продуктивности агроэкосистем
Воздействие человека на экологические системы, связанное с их разрушением или загрязнением, непосредственно ведет к прерыванию потока энергии и вещества, а значит, и к снижению продуктивности. Поэтому первая задача, стоящая перед человечеством, — предотвращение снижения продуктивности агроэкосистем, а после ее решения может быть решена и вторая важнейшая задача — повышение продуктивности.
В 90-х гг. XX в. годовая первичная продуктивность обрабатываемых земель на планете составляла 8,7 млрд т, а запас энергии — 14,7× 1017 кДж.
Источник