Лабораторная работа сравнительная характеристика экосистемы. Естественные и искусственные экосистемы

Хозяйственная деятельность человека привела к формированию в природе искусственных экосистем с определенными свойствами, которые называются агроценозы (агробиогеоценозы или агроэкосистемы).

Агроценоз (греч. agros - поле) - это сообщество организмов, обитающих на землях сельскохозяйственного пользования, занятых посевами или посадками культурных растений. При этом их структуру и функцию создает, поддерживает и контролирует человек в своих интересах. Примерами таких экосистем являются поля, огороды, сады, парки, искусственные пастбища, цветники и т.д. Сообщества растений и животных, искусственно создаваемые человеком в морских и пресноводных водоемах, также можно отнести к категории агроценозов.

Сельскохозяйственные экосистемы занимают около 1/3 территории суши, при этом 10% - это пашня, а остальное естественные кормовые угодья. Для того чтобы управлять агроценозом, человек затрачивает антропогенную энергию на обработку почвы, посев высокоурожайных сортов растений, мелиорацию, на внесение удобрений и химических средств защиты растений, на обогрев животноводческих помещений и т.п. Управление при этом может быть интенсивным (высокое вложение энергии) и экстенсивным (низкие вложения энергии). Однако даже при интенсивной стратегии управления доля антропогенной энергии в энергетическом бюджете экосистемы составляет не более 1%. Организмы, обитающие в пределах агроценоза и не относящиеся к объектам хозяйственной деятельности человека, испытывают на себе постоянное воздействие антропогенных факторов и вынуждены приспосабливаться к ним.

Между естественными и искусственными биогеоценозами наряду со сходством существуют и большие различия, которые важно учитывать в сельскохозяйственной практике.

Отличиями агроценозов от биогеоценозов являются (таблица 1):

1. Малое видовое разнообразие живых организмов

На полях обычно культивируют один или несколько видов (сортов) растений, что приводит к значительному обеднению видового состава животных, грибов, бактерий. Кроме того, биологическое однообразие сортов культурных растений, занимающих большие площади (иногда десятки тысяч гектаров), часто является основной причиной их массового уничтожения специализированными насекомыми (например, колорадским жуком) или поражения возбудителями болезней (мучнисторосяными, ржавчинными, головневыми грибами, фитофторой и др.).

2. Короткие цепи питания

В агроценозе, как и в биогеоценозе, существуют продуценты (культурные растения и сорняки), консументы (насекомые, полевки, птицы, мыши, лисы и т.д.), редуценты (грибы и бактерии). При этом обязательным звеном пищевых цепей является человек, возделывающий поля, сады и собирающий урожай. Но, из-за небольшого числа видов в агроценозе, имеющих высокую численность (культурные растения, сорняки, вредители, возбудители заболеваний), цепи питания в нем короткие и простые.

3. Неполный круговорот веществ

В естественном биогеоценозе первичная продукция растений (урожай) потребляется в многочисленных цепях (сетях) питания и вновь возвращается в систему биологического круговорота в виде углекислого газа, воды и элементов минерального питания. В агроценозе такой круговорот элементов резко нарушается, поскольку значительную их часть человек безвозвратно изымает с урожаем. Поэтому для возмещения их потерь и, следовательно, повышения урожайности культурных растений необходимо постоянно вносить в почву удобрения.

4. Источник используемой энергии (антропогенная энергия)

Для естественного биогеоценоза единственным источником энергии является Солнце. В то же время агроценозы, помимо солнечной энергии, получают антропогенную 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.

5. Искусственный отбор

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.

Направленный человеком, прежде всего на максимальное повышение урожайности сельскохозяйственных культур.

6. Неустойчивость

Чем меньше число слагающих агроценоз видов, тем менее устойчива эта экосистема. Наименее устойчива монокультура (пшеницы, риса, хлопка и.т.д.), требующая для своего существования внесения удобрений и ядохимикатов. Из агроценозов наиболее устойчивы многовидовые экосистемы, например, луг. Неустойчивость агроценоза обусловлена также тем, что защитные механизмы продуцентов - культурных растений - слабее, чем у дикорастущих видов, у которых приспособления совершенствовались в ходе естественного обора в течение миллионов лет.

Таблица 1

Сравнительная характеристика природных экосистем и агроценозов

Характеристики	Природная экосистема	Агроценоз
1. Видовое разнообразие	Много видов	Малое видовое разнообразие, вид - доминант определяет человек
2. Пищевые цепи	Разветвленные пищевые цепи	Короткие цепи питания
3. Круговорот веществ		Неполный, часть элементов забирает человек
4. Необходимость поступления веществ в экосистему извне	Отсутствует
5. Продуктивность	Зависит от природных условий	Высокая, благодаря человеку
6. Действие отбора	Естественный отбор, остаются более устойчивые особи	Искусственный отбор, остаются ценные для человека особи
7. Саморегуляция
8. Устойчивость

7. Отсутствие полной саморегуляции

Агросистемы не способны к саморегуляции и самовозобновлению, подвержены угрозе гибели при массовом размножении вредителей или возбудителей болезней. Агроценоз регулируется человеком, и если его не поддерживать, он быстро разрушится и исчезнет. Культурные растения не выдержат конкуренции с дикими видами и будут вытеснены. На месте агроценоза в засушливом климате возникнет степь, в более холодном и влажном - лес.

Таким образом, по сравнению с естественными биогеоценозами агроценозы имеют ограниченный видовой состав растений и животных, не способны к самообновлению и саморегулированию, подвержены угрозе гибели в результате массового размножения вредителей или возбудителей болезней и требуют неустанной деятельности человека по их поддержанию. Их неоспоримые преимущества по сравнению с естественными экосистемами заключается в неограниченных потенциальных возможностях увеличения продуктивности. Однако их реализация возможна только при постоянном, научно обоснованном уходе за почвой, обеспечении растений влагой и элементами минерального питания, охране растений от неблагоприятных абиотических и биотических факторов.

• Сходство природных экосистем и агроценозов;
• Различия между природными экосистемами и агроценозами.

1. Наличие трёх функциональных групп

(продуценты, консументы, редуценты)

Пшеничное поле

продуценты

консументы

редуценты

Сходства агроценоза с природной экосистемой:

2. Наличие пищевых сетей

наездник

растения

филин

гусеницы

перепел

жаворонок

лиса

мышь

Пищевая сеть агроценоза

растения

гусеницы

мышь

наездник

перепел

жаворонок

лиса

филин

Сходства агроценоза с природной экосистемой:

3. Ярусная структура

Сходства агроценоза с природной экосистемой:

абиотические факторы

Сходства агроценоза с природной экосистемой:

4. Влияние экологических факторов

биотические факторы

Сходства агроценоза с природной экосистемой:

4. Влияние экологических факторов

антропогенные факторы

Сходства агроценоза с природной экосистемой:

5. Часто есть вид - доминант

Вид – доминант – вид, преобладающий в экосистеме по численности и влиянию

Отличия

характеристики

Природная экосистема

1. Видовое разнообразие

Агроценоз

Много видов, образующих сильно разветвлённые пищевые сети

Видов меньше, вид – доминант определяет человек

Отличия агроценоза и природной экосистемы:

характеристики

Природная экосистема

2. Устойчивость

Агроценоз

Неустойчив, без человека погибает

Устойчива

Отличия агроценоза и природной экосистемы:

характеристики

Природная экосистема

3. Действие отбора

Агроценоз

Действует естественный отбор , остаются более приспособленные особи

Естественный отбор ослаблен, действует искусственный отбор , остаются ценные для человека особи

Отличия агроценоза и природной экосистемы:

характеристики

Природная экосистема

4. Источник энергии

Агроценоз

Энергия Солнца и энергия, вносимая человеком (полив, прополка, внесение удобрений и т.д.)

Энергия Солнца

Отличия агроценоза и природной экосистемы:

характеристики

Природная экосистема

5. Круговорот элементов

Агроценоз

Часть элементов забирает человек с урожаем, круговорот неполный

Полный круговорот

Отличия агроценоза и природной экосистемы:

характеристики

Природная экосистема

6. Саморегуляция

Агроценоз

Регулирует человек

Способна к саморегуляции

Отличия агроценоза и природной экосистемы:

характеристики

Природная экосистема

7. Продуктивность (создание органических веществ при фотосинтезе в единицу времени)

Агроценоз

Высокая благодаря человеку

Зависит от природных условий

Заполните таблицу.

Природное сообщество

Естественный отбор

Агроценоз

Искусственный отбор

Дайте оценку движущим силам, формирующим природные и искусственные экосистемы:

• Не действует на экосистему;
• Действует на экосистему;
• Действие на экосистему минимально;
• Действие направлено на достижение максимальной продуктивности.

Видовой состав сообщества

Природное сообщество

Видовой состав

Агроценоз

Меньше/ больше по каждой позиции.

Распределите характеристики:

Общие характерно характерно

характеристики только для только для

природных агроценоза

экосистем

Характеристики:

1. Неорганические вещества, поглощаемые продуцентами из почвы, удаляются из экосистемы.

2. Наличие в экосистеме редуцентов.

3. Экосистема быстро разрушается без вмешательства человека.

4. Наличие в цепях питания продуцентов.

5. Основной источник энергии – солнце.

6. Неорганические вещества, поглощаемые продуцентами из почвы, возвращаются в экосистему.

Характеристики:

7. Экосистема устойчива во времени без вмешательства человека.

8. Часть энергии или химических веществ может искусственно вноситься человеком.

9. Человек слабо влияет на круговорот веществ.

10. Характеризуется многообразием экологических ниш.

11. Наличие в цепях питания консументов.

12. Обязательным элементом цепей питания является человек.

Природные экосистемы и созданные человеком агроценозы имеют общие характеристики: _____________________.

Различия связаны с _________________

____________________________________.

Сельскохозяйственные экосистемы (агроэкосистемы)

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

Агроэкосистемы создаются человеком для получения высокого урожая – чистой продукции автотрофов. Обобщая все уже сказанное выше об агроэкосистемах, подчеркнем следующие их основные отличия от природных (табл. 10.2):

1. В них резко снижено разнообразие видов: снижение видов культивируемых растений снижает и видовое разнообразие животного населения биоценоза; видовое разнообразие разводимых человеком животных ничтожно мало по сравнению с природным; культурные пастбища (с подсевом трав) по видовому разнообразию похожи на сельскохозяйственные поля.

2. Виды растений и животных, культивируемых человеком, «эволюционируют» за счет искусственного отбора и неконкурентоспособны в борьбе с дикими видами без поддержки человека.

3. Агроэкосистемы получают дополнительную энергию, субсидируемую человеком, кроме солнечной.

4. Чистая продукция (урожай) удаляется из экосистемы и не поступает в цепи питания биоценоза, а частичное ее использование вредителями, потери при уборке, которые тоже могут попасть в естественные трофические цепи, всячески пресекаются человеком.

5. Экосистемы полей, садов, пастбищ, огородов и других агроценозов – это упрощенные системы, поддерживаемые человеком на ранних стадиях сукцессии, и они столь же неустойчивы и неспособны к саморегуляции, как и природные пионерные сообщества, а потому не могут существовать без поддержки человека.

Таблица 10.2

Природные экосистемы	Агроэкосистемы
Первичные естественные элементарные единицы биосферы, сформировавшиеся в ходе эволюции	Вторичные трансформированные человеком искусственные элементарные единицы биосферы
Сложные системы со значительным количеством видов животных и растений, в которых господствуют популяции нескольких видов. Им свойственно устойчивое динамическое равновесие, достигаемое саморегуляцией	Упрощенные системы с господством популяций одного вида растения или животного. Они устойчивы и характеризуются непостоянством структуры своей биомассы
Продуктивность определяется приспособительными особенностями организмов, участвующих в круговороте веществ	Продуктивность определяется уровнем хозяйственной деятельности и зависит от экономических и технических возможностей
Первичная продукция используется животными и участвует в круговороте веществ. «Потребление» происходит почти одновременно с «производстом»	Урожай собирают для удовлетворения потребностей человека и на корм скоту. Живое вещество некоторое время накапливается, не расходуясь. Наиболее высокая продуктивность развивается лишь на короткое время

В агроценозах значительно чаще происходит чрезмерное увеличение отдельных видов, названное Ч. Элтоном «экологическим взрывом». Из истории известны такие, например, «экологические взрывы»: в прошлом столетии грибок фитофторы уничтожил картофель во Франции и вызвал голод, а колорадский жук распространился в Америке до Атлантического океана и в начале XX в. проник в Западную Европу, в 40-х гг. – в европейскую часть России. В тяжелое послевоенное время этот жук буквально «очищал» наши поля, поскольку мы были не готовы к его нашествию.

Чтобы не происходило таких явлений, необходима искусственная регуляция численности вредителей с быстрым подавлением тех, которые только пытаются выйти из-под контроля. При этом часто мнение человека не совпадает с «мнением» природы об избыточной численности того или иного вредителя. Так, с позиций естественного отбора стабилизация численности яблоневой плодожорки на некотором уровне не вредит существованию яблони как вида, но человеку нужно гораздо больше качественных плодов для питания. Поэтому в сельскохозяйственной практике он применяет такие средства для подавления численности вредителей и в таком количестве, что они воздействуют во множество раз сильнее, чем природные абиотические и биотические регуляторы.

Упрощение природного окружения человека, с экологических позиций, очень опасно. Поэтому нельзя превращать весь ландшафт в агрохозяйственный, необходимо сохранять и умножать его многообразие, оставляя нетронутые заповедные участки, которые могли бы быть источником видов для восстанавливающихся в сукцессионных рядах сообществ.

Грядку картофеля и сад фруктовых деревьев? Все это - агроценозы. В нашей статье мы познакомимся с основными характеристиками этого понятия.

Сообщества организмов

В природных условиях различные виды живых существ не живут разрозненно. В результате образуются различные сообщества. Одним из них является биоценоз. В его структуру входят популяции различных видов, обитающих на участке с однородными условиями. Основой такого сообщества является фитоценоз.

Но живые организмы связаны не только между собой. также оказывают на них определенное влияние. Поэтому экологи называют еще одну структуру - биогеоценоз. Это территория с приблизительно одинаковыми условиями, на которой популяции различных видов объединены между собой и физической средой посредством круговорота веществ и энергии.

Агроценоз - это также сообщество организмов, но оно существенным образом отличается от всех остальных. В чем же заключается разница? Давайте разберемся.

Биогеоценоз и агроценоз

Агроценозом называют сообщество организмов, созданное человеком. В его состав могут входить растения, животные, грибы и микроорганизмы. Цель его создания - получение сельскохозяйственной продукции. Но чаще всего агроценозом называют искусственное Это поле, огород, сад или грядка.

Биогеоценоз - структура природная, саморазвивающаяся.

К характеристикам агроценоза также относится практически полное отсутствие саморегуляции. Все процессы в этом сообществе контролирует человек. Когда его деятельность прекращается, агроценоз прекращает свое существование.

Биогеоценоз для своего развития использует только солнечную энергию. В агроценозе есть дополнительные резервы. Это энергия, которую вносит человек при орошении, распашке земель, использовании удобрений, специальных кормов, химических препаратов для борьбы с сорняками и грызунами.

Признаки агроценоза

Агроценозы отличаются низким видовым разнообразием. Поскольку эти сообщества создаются с целью получения определенной сельскохозяйственной продукции, в их состав входит один-два представителя органического мира. Как результат - снижается количество других видов, населяющих данную территорию.

Агроценоз - это слабоустойчивая структура. Ее развитие происходит только при воздействии человека в искусственно воссозданных условиях. Поэтому способность выдержать колебания интенсивности факторов окружающей среды без резких изменений структуры и функций агроценоза практически невозможно.

Трофические связи

Для любого природного сообщества характерно наличие цепей питания. Агроценоз не является исключением. Его трофические сети разветвлены очень слабо. Это связано с обедненным видовым разнообразием.

В биогеоценозе происходит непрерывный круговорот веществ и энергии. К примеру, растительная продукция потребляется другими организмами, после чего возвращается в естественную систему в измененном виде. Это может быть вода, углекислый газ или минеральные элементы.

В цепях агроценоза этого не происходит. Получая урожай, человек просто изымает его из оборота. Трофические связи при этом разрываются. Для возмещения таких потерь необходимо систематически вносить удобрения.

Условия развития

Для повышения урожайности и продуктивности агроценозов человек использует искусственный отбор. В ходе этого процесса человек отбирает особи с наиболее полезными качествами, способные дать жизнеспособное и плодовитое потомство. Этот вид отбора действует быстрее и эффективнее, чем естественный.

С другой стороны, это приводит к неспособности к саморегуляции и самообновлению. Если человек прекращает свою деятельность, агроценоз разрушается. Произойдет это не сразу. Так, многолетние травянистые культурные растения просуществуют около 4-х лет, а деревья - несколько десятков.

Для поддержания развития агроценозов человек постоянно должен предотвращать процессы сукцессии. Этот термин означает разрушение или замену одних природных сообществ другими. К примеру, если не удалять сорные растения, они сначала станут доминирующим видом. С течением времени они полностью заменят культуру. Дело в том, что сорняки имеют ряд приспособлений, которые помогают успешно пережить неблагоприятные условия. Это наличие подземных - корневищ, луковиц, большое количество семян, разнообразие способов распространения и вегетативного размножения.

Значение агроценозов

Благодаря агроценозам человек получает сельскохозяйственную продукцию, которую использует в качестве еды и основы для пищевой промышленности. Преимуществом искусственных сообществ является их управляемость и неограниченная способность к повышению урожайности. Но деятельность человека приводит и к негативным последствиям. Распашка земель, вырубка лесов и другие проявления нерационального природопользования приводят к нарушению баланса. Поэтому при создании агроценозов необходимо учитывать связи между дикими и культурными видами.

Итак, агроценоз - это искусственный биогеоценоз. Человек создает его для получения различного вида продукции. Для этого он отбирает продуктивные сорта растений, породы животных, виды грибов или штаммы микроорганизмов. К основным характеристикам агроценоза относятся: плохо разветвленные отсутствие круговорота веществ и энергии, незначительное видовое разнообразие и постоянный контроль со стороны человека.

Составляющими биогеоценоза и агроценоза являются одинаковые компоненты среды. В той и другой системе живые организмы объединены территориальными и пищевыми связями. Но в каждом случае можно заметить и свои особенности.

Определение

Биогеоценоз – это самостоятельно сложившаяся экосистема, в которой представители живого мира тесно связаны с неорганическими компонентами, составляющими среду их обитания. Примеры: хвойный лес, цветочный луг.

Агроценоз – это система, которая появляется при вмешательстве человека в пространство естественной среды. Как и биогеоценоз, она включает в себя органическую и неорганическую части. Примеры: приусадебный участок, кукурузное поле.

Сравнение

Сравнивая между собой рассматриваемые системы, следует прежде всего обратить внимание на их видовой состав. Для биогеоценоза в этом отношении характерно большее разнообразие. В агроценозе же преобладают одна или несколько культур, выбранных человеком для выращивания (например, посаженный на участке картофель), и, соответственно, количество видов животных и низших организмов (бактерий, грибов) тоже является ограниченным.

В связи с этим цепи питания в искусственно созданных системах короче и проще. Однако на территории, где находится множество растений одного вида, создаются все условия для жизнедеятельности зловредных организмов, способных сосуществовать именно с такими культурами. Не испытывая биологической конкуренции, они могут усиленно размножаться и уничтожать посевы или вызывать болезни у растений. В итоге вся система нередко оказывается под угрозой гибели. Биогеоценоз в этом отношении гораздо устойчивей.

Отличие биогеоценоза от агроценоза состоит также в том, каким образом в каждом случае осуществляется круговорот веществ. В естественном природном сообществе он является замкнутым. Все произведенное растениями (а также их останки) потребляется представителями многочисленных пищевых звеньев и возвращается в почву, обогащая ее. В то же время агроценоз создается именно с целью получения урожая. Соответственно, на моменте уборочных работ, сопровождаемых значительным выносом биомассы, круговорот веществ в такой системе нарушается, поэтому в данном случае он называется незамкнутым. Для сохранения баланса в землю вносят удобрения.

Важным является также то, что структура биогеоценоза формируется при осуществлении естественного отбора, устраняющего слабые виды организмов. В агроценозе же участвуют культуры, тщательно подобранные человеком с учетом степени их продуктивности. Иными словами, в образованиях такого типа по большей мере действует искусственный отбор. При этом человек не только сам определяет, что будет расти на земельной площади, но и обеспечивает поступление в агроценоз дополнительной энергии. Например, производится подогрев теплиц, создается искусственное освещение. Между тем экосистемы, существующие без вмешательства человека, получают энергию в основном от Солнца.

В чем разница между биогеоценозом и агроценозом? В том, что последний приносит человеку реальную выгоду, поскольку служит источником необходимой продукции. Биогеоценоз, в свою очередь, не всегда полезен с практической точки зрения. Однако он является устойчивым саморегулирующимся образованием. Агроценоз же благополучно существует более или менее длительный срок только при условии контроля со стороны людей. Для поддержания такой системы требуется применение всевозможных агротехнических приемов.

Таблица

Биогеоценоз	Агроценоз
Создается природой	Искусственно организованная система
Для него характерны устойчивость и саморегуляция	Неустойчив, регулируется человеком
Видовое разнообразие	Небольшое количество культур
Разветвленные цепи питания	Пищевые цепи короче и проще
Менее подвержен действию вредителей, следовательно, более жизнеспособен	Вредители в нем чувствуют себя более комфортно, что может сократить время существования такой системы
Круговорот веществ – замкнутый	Круговорот веществ – незамкнутый
Формируется путем естественного отбора	Ведущим является искусственный отбор
Получение света и тепла от Солнца	Иногда используется дополнительная энергия, поступление которой обеспечивает человек
Не всегда приносит практическую пользу человеку	Источник необходимой продукции