Сравнительное описание одной из естественных природных экосистем. Агроэкосистемы или агроценозы

Проработав эти темы, Вы должны уметь:

1. Дать определения: "экология", "экологический фактор", "фотопериодизм", "экологическая ниша", "среда обитания", "популяция", "биоценоз", "экосистема", "продуцент", "консумент", "редуцент", "сукцессия", "агроценоз".
2. Приводить примеры фотопериодических реакций растений и, по возможности, животных.
3. Объяснить разницу между местообитанием популяции и ее нишей. Привести примеры на каждое из этих понятий.
4. Прокомментировать закон Шелфорда и уметь строить график зависимости организмов от абиотических факторов среды.
5. Описать пример успешного биологического метода борьбы с вредителями.
6. Объяснить причины демографического взрыва и возможные последствия, а также значение снижения рождаемости, которое, как правило, следует за снижением смертности.
7. Построить схему пищевой цепи; правильно указать трафический уровень каждого компонента данной экосистемы.
8. Построить схему простого круговорота следующих элементов: кислорода, азота, углерода.
9. Описать события, происходящие при зарастании озера; после вырубки леса.
10. Указать различия между агроценозом и биоценозом.
11. Рассказать о значении и структуре биосферы.
12. Объяснить, каким образом сельское хозяйство, использование ископаемого топлива и производство пластмасс способствуют загрязнению среды и предложить меры для предотвращения этого.

Иванова Т.В., Калинова Г.С., Мягкова А.Н. "Общая биология". Москва, "Просвещение", 2000

• Тема 18. "Среда обитания. Экологические факторы." глава 1; стр. 10-58
• Тема 19. "Популяции. Типы взаимоотношений организмов." глава 2 §8-14; стр. 60-99; глава 5 § 30-33
• Тема 20. "Экосистемы." глава 2 §15-22; стр. 106-137
• Тема 21. "Биосфера. Круговороты веществ." глава 6 §34-42; стр. 217-290

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.

Биогео ценоз (синоним – экосистема) - однородный участок земли, в котором:

1.все его живые организмы (биоценоз ) и

2. косное вещество (абиотические факторы)объединены обменом веществ и энергии в единый устойчивый природный комплекс.

Примеры биогеоценоза: пруд, дубрава, луг, моховая кочка, трухлявый пень и др.

В биогеоценозе(экосистеме)три функциональные группы по типу питания:

1. Продуценты – Производители - зеленые растения, производящие живое вещество из неживого. Они аккумулируют солнечную энергию в процессе фотосинтеза и создают органические вещества, побочно выделяя кислород.

Тип питания – автотрофный.

2. Консументы– Потребители - организмы, использующие органические вещества продуцентов. К ним относятся животные:

Травоядные животные – Потребители 1-го порядка едят растительную пищу

Плотоядные хищники - Потребители 2-го порядка – животную пищу.

Тип питания - гетеротрофный.

3.Редуценты – Разрушители (сапротрофы, трупоеды)грибы и бактерии, черви, превращающие органическое вещество в минеральное, разлагая остатки мертвых растений, животных микроорганизмов. Гумус (перегной) вновь используются продуцентами.

Тип питания - гетеротрофный.

Деление по типу возникновения. Искусственная экосистема, созданная человеком – агроэкосистема.

Сравнительная характеристика биогеоценозов и агроценозов.

Черты сходства агроценоза и природного биогеоценоза.

1. Являются открытыми системами - поглощают солнечную энергию.2. Действуют факторы эволюции (искусственный или естественный отбор, борьба за существование, наследственная изменчивость)3. Состоят из продуцентов, консументов, редуцентов.4. В обеих системах действует правило экологической пирамиды.5. В основе сообщества лежат продуценты (автотрофные организмы), непосредственно использующие энергию Солнца для синтеза органических веществ - первое звено в цепи питания.6. В биогеоценозах любого типа существуют цепи питания.

Лекция №5 . Искусственные экосистемы

5.1 Естественные и искусственные экосистемы

В биосфере помимо естественных биогеоценозов и экосистем существуют сообщества, искусственно созданные хозяйственной деятельностью человека, - антропогенные экосистемы.

Естественные экосистемы отличаются значительным видовым разнообразием, существуют длительное время, они способны к саморегуляции, обладают большой стабильностью, устойчивостью. Созданная в них биомасса и питательные вещества остаются и используются в пределах биоценозов, обогащая их ресурсы.

Искусственные экосистемы – агроценозы (поля пшеницы, картофеля, огороды, фермы с прилегающими пастбищами, рыбоводные пруды и др.) составляют небольшую часть поверхности суши, но дают около 90% пищевой энергии.

Развитие сельского хозяйства с древних времен сопровождалось полным уничтожением растительного покрова на значительных площадях для того, чтобы освободить место для небольшого количества отобранных человеком видов, наиболее пригодных для питания.

Однако первоначально деятельность человека в сельскохозяйственном обществе вписывалась в биохимический круговорот и не изменяла притока энергии в биосфере. В современном сельскохозяйственном производстве резко возросло использование синтезированной энергии при механической обработке земли, использовании удобрений и пестицидов. Это нарушает общий энергетический баланс биосферы, что может привести к непредсказуемым последствиям.

Сравнение природной и упрощенной антропогенной экосистем

(по Миллеру, 1993)

5.2 Искусственные экосистемы

5.2.1 Агроэкосистемы

Агроэкосистема (от греч. agros - поле) - 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 (нескольких) видов или сортов культивируемых растений или животных. Главное их отличие от естественных экосистем - упрощенная структура и обедненный видовой состав.

Агроэкосистемы отличаются от естественных экосистем рядом особенностей:

1.Разнообразие живых организмов 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 во много раз уступает засеянному полю.

Искусственная регуляция численности вредителей - по большей части необходимое условие поддержания агроэкосистем. Поэтому в сельскохозяйственной практике применяют мощные средства подавления численности нежелательных видов: ядохимикаты, гербициды и т.д. Экологические последствия этих действий приводят, однако, к ряду нежелательных эффектов, кроме тех, для которых они применяются.

2.Виды сельскохозяйственных растений и животных в агроэкосистемах получены в результате действия искусственного, а не естественного отбора, и не могут выдерживать борьбу за существование с дикими видами без поддержки человека.

В результате происходит резкое сужение генетической базы сельскохозяйственных культур, которые крайне чувствительны к массовому размножению вредителей и болезням.

3. Агроэкосистемы более открыты, из них вещество и энергия изымаются с урожаем, животноводческой продукцией, а также в результате разрушения почв.

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.

В связи с постоянным изъятием урожая и нарушением процессов почвообразования, при длительном выращивании монокультуры на культурных землях постепенно происходит снижение плодородия почв. Данное положение в экологии называется законом убывающего плодородия .

Таким образом, для расчетливого и рационального ведения сельского хозяйства необходимо учитывать обеднение почвенных ресурсов и сохранять плодородие почв с помощью улучшенной агротехники, рационального севооборота и других приемов.

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.

Главное отличие агроэкосистемы от природных экосистем - получение дополнительной энергии для нормального функционирования.

Под дополнительной понимается любой тип энергии, привносимой 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. В понятие «дополнительная энергия» входят также новые породы домашних животных и сорта культурных растений, внедряемые в структуру агроэкосистем.

Следует отметить, что агроэкосистемы - крайне неустойчивые сообщества . Они не способны к самовосстановлению и саморегулированию, подвержены угрозе гибели от массового размножения вредителей или болезней.

Причина нестабильности состоит в том, что агроценозы слагаются одним (монокультуры) или реже максимум 2–3 видами. Именно поэтому любая болезнь, любой вредитель может уничтожить агроценоз. Однако человек сознательно идет на упрощение структуры агроценоза, чтобы получить максимальный выход продукции. Агроценозы в гораздо большей степени, чем естественные ценозы (лес, луг, пастбища), подвержены эрозии, выщелачиванию, засолению и нашествию вредителей. Без участия человека агроценозы зерновых и овощных культур существуют не более года, ягодных растений – 3–4, плодовых культур – 20–30 лет. Затем они распадаются или отмирают.

Преимуществом агроценозов перед естественными экосистемами является производство необходимых для человека продуктов питания и большие возможности увеличения продуктивности. Однако они реализуются только при постоянной заботе о плодородии земли, обеспечении растений влагой, охране культурных популяций, сортов и пород растений и животных от неблагоприятных воздействий естественной флоры и фауны.

Все искусственно создаваемые в сельскохозяйственной практике агроэкосистемы полей, садов, пастбищных лугов, огородов, теплиц представляют собой системы, специально поддерживаемые человеком .

В отношении к сообществам, складывающимся в агроэкосистемах, постепенно меняются акценты в связи с общим развитием экологических знаний. На смену представлениям об обрывочности, осколочности ценотических связей и предельной упрощенности агроценозов возникает понимание их сложной системной организации, где человек существенно влияет лишь на отдельные звенья, а вся система продолжает развиваться по естественным, природным законам.

С экологических позиций крайне опасно упрощать природное окружение человека, превращая весь ландшафт в агрохозяйственный. Основная стратегия создания высокопродуктивного и устойчивого ландшафта должна заключаться в сохранении и умножении его многообразия.

Наряду с поддержанием высокопродуктивных полей следует особенно заботиться о сохранении заповедных территорий, не подвергающихся антропогенному воздействию. Заповедники с богатым видовым разнообразием являются источником видов для восстанавливающихся в сукцессионных рядах сообществ.

Сравнительная характеристика природных экосистем и агроэкосистем

5.2.2.Индустриально-городские экосистемы

Совсем по-другому обстоит дело в экосистемах к которым относятся индустриально-городские системы - здесь энергия топлива полностью заменяет солнечную энергию. По сравнению с потоком энергии в природных экосистемах - здесь ее расход на два-три порядка выше.

В связи со сказанным выше, следует отметить, что искусственные экосистемы не могут существовать без природных систем, в то время как природные экосистемы мо­гут существовать без антропогенных..

Урбанистические системы

Урбанистическая система (урбосистема) - «неустойчивая природно-антропогенная система, состоящая из архитектурно-строительных объектов и резко нарушенных естественных экосистем» (Реймерс, 1990).

По мере развития города в нем все более дифференцируются его функциональные зоны - это промышленная, селитебная, лесопарковая .

Промышленные зоны - это территории сосредоточения промышленных объектов различных отраслей (металлургической, химической, машиностроительной, электрон­ной и др.). Они являются основными источниками загрязнения окружающей среды.

Селитебные зоны - это территории сосредоточения жилых домов, административных зданий, объектов культуры, просвещения и т. п.

Лесопарковая - это зеленая зона вокруг города, окультуренная человеком, т. е. приспособленная для массового отдыха, спорта, развлечения. Возможны ее участки и внутри городов, но обычно здесь городские парки - древесные насаждения в городе, занимающие достаточно обширные территории и тоже служащие горожанам для отдыха. В отличие от естественных лесов и даже лесопарков городские парки и подобные им более мелкие посадки в городе (скверы, бульвары) не являются самоподдерживающимися и саморегулируемыми системами.

Лесопарковая зона, городские парки и другие участки территории, отведенные и специально приспособленные для отдыха людей, называют рекреационными зонами (территориями, участками и т. п).

Углубление процессов урбанизации ведет к усложнению инфраструктуры города. Значительное место начинает занимать транспорт и транспортные сооружения (автомобильные дороги, автозаправочные станции, гаражи, станции обслужива­ния, железные дороги со своей сложной инфраструктурой, в том числе подземные - метрополитен; аэродромы с комплек­сом обслуживания и др.). Транспортные системы пересекают все функциональные зоны города и оказывают влияние на всю городскую среду (урбосреду).

Среда, окружающая человека в этих условиях, - это совокупность абиотической и социальных сред, совместно и непо­редственно оказывающих влияние на людей и их хозяйство. Одновременно, по Н. Ф. Реймерсу (1990), ее можно делить на собственно природную среду и преобразованную человеком природную среду (антропогенные ландшафты вплоть до искусственного окружения людей - здания, асфальт дорог, искусственное освещение и т. д., т. е. до искусственной среды).

В целом же среда городская и населенных пунктов городского типа - это часть техносферы, т. е. биосферы, коренным образом преобразованной человеком в технические и техногенные объекты.

Помимо наземной части ландшафта в орбиту хозяйственной деятельности человека попадает и его литогенная основа, т. е. поверхностная часть литосферы, которую принято называть геологической средой (Е. М. Сергеев, 1979).

Геологическая среда - это горные породы, подземные воды, на которые оказывает воздействие хозяйственная деятельность человека (рис. 10.2).

На городских территориях, в урбоэкосистемах, можно выделить группу систем, отражающую всю сложность взаимодействия зданий и сооружений с окружающей средой, которые называют природно-техническими системами (Трофимов, Епишин, 1985) (рис. 10.2). Они теснейшим образом связаны с антропогенными ландшафтами, с их геологическим строением и рельефом.

Таким образом, урбосистемы - это средоточие населения, жилых и промышленных зданий и сооружений. Существование урбосистем зависит от энергии горючих ископаемых и атомноэнергетического сырья, искусственно регулируется и поддерживается человеком.

Среда урбосистем, как ее географическая, так и геологическая части, наиболее сильно изменена и по сути дела стала искусственной, здесь возникают проблемы утилизации и реутилизации вовлекаемых в оборот природных ресурсов, загрязнения и очистки окружающей среды, здесь происходит все большая изоляция хозяйственно-производственных циклов от природного обмена веществ (биогеохимических оборотов) и пото­ка энергии в природных экосистемах. И, наконец, именно здесь наибольшая плотность населения и искусственная среда, которые угрожают не только здоровью человека, но и выживанию всего человечества. Здоровье человека - индикатор качества этой среды.

– это взаимодействие живой и неживой природы, которое состоит из живых организмов и сферы их обитания. Экологическая система является масштабным балансом и связью, что позволяет поддерживать популяцию видов живых существ. В наше время существуют естественные и антропогенные экосистемы. Различия между ними состоят в том, что первая создается силами природы, а вторая при помощи человека.

Значение агроценоза

Агроценоз – экосистема созданная руками человека с целью получения сельскохозяйственных культур, животных и грибов. Агроценоз также называется агроэкосистемой. Примерами агроценоза являются:

• яблоневые и другие сады;
• поля кукурузы и подсолнечника;
• пастбища коров и овец;
• виноградники;
• огороды.

Человек по причине удовлетворения своих потребностей и увеличения населения в последнее время вынужден изменять и разрушать природные экосистемы. В целях рационализации и увеличения объемов урожая сельскохозяйственных культур людьми создаются агроэкосистемы. В наше время 10% всей доступной суши занимают земли под выращивание сельскохозяйственных культур, а 20% — пастбища.

Отличие природных экосистем от агроценоза

Главные отличия агроценоза от натуральных экосистем состоит в:

• искусственно созданные культуры не могут конкурировать в борьбе с дикими видами и ;
• агроэкосистемы не приспособлены к самовосстановлению, и полностью зависят от человека и без него быстро ослабевают и умирают;
• большое количество и одного вида в агроэкосистеме способствуют масштабному развитию вирусов, бактерий и вредных насекомых;
• в природе существует намного больше разнообразия видов, в отличие от разводимых человеком культур.

Искусственно созданные агрохозяйственные участки должны находиться под полным контролем человека. Недостатком агроценоза становится частые увеличения популяций вредителей и грибков, которые не только вредят урожаю, но также могут ухудшить состояние окружающей среды. Численность популяции культуры в агроценозе увеличивается только при помощи использования:

• борьбы с сорняками и вредителями;
• орошения засушливых земель;
• высушивания переувлажненной земли;
• замены сортов культур;
• удобрения органическими и минеральными веществами.

В процессе создания агроэкосистемы человек выстроил полностью искусственные этапы развития . Большой популярностью пользуется мелиорация почв – обширный комплекс мероприятий направленных на улучшение природных условий с целью получить максимально высокий уровень урожая. Только правильный научный подход, контроль состояния почвы, уровня влаги и минеральных удобрений способны повысить продуктивность агроценоза в сравнении с естественной экосистемой.

Негативные последствия агроценоза

Человечеству важно поддерживать баланс агро- и природных экосистем. Люди создают агроэкосистемы для увеличения количества продуктов питания и используют их для пищевой промышленности. Однако создание искусственных агроэкосистем требуют дополнительных территорий, поэтому люди часто , распашивают землю и тем самым уничтожают уже существующие природные экосистемы. Это нарушает баланс диких и культурных видов животных и растений.

Вторую негативную роль играют пестициды, которые часто используют для борьбы с вредителями на агроэкосистемах. Эти химические препараты через воду, воздух и насекомых-вредителей попадают в природные экосистемы и загрязняют их. Кроме этого, избыточное употребление удобрений для агроэкосистем вызывает и грунтовых вод.