Понятие экосистемы

Экосистема включает в себя все живые организмы (растения, животные, грибы и микроорганизмы), которые в той или иной степени, взаимодействуют друг с другом и окружающей их неживой средой (климат, почва, солнечный свет, воздух, атмосфера, вода и т.п.).

Экосистема не имеет определенного размера. Она может быть столь же большой, как пустыня или озеро, или маленькой, как дерево или лужа. Вода, температура, растения, животные, воздух, свет и почва — все взаимодействуют вместе.

Суть экосистемы

В экосистеме каждый организм имеет свое собственное место или роль.

Рассмотрим экосистему небольшого озера. В нем, можно найти все виды живых организмов, от микроскопических до животных и растений. Они зависят от неживой природы, такой как вода, солнечный свет, воздух и даже от количества питательных веществ в воде. (Нажмите здесь, чтобы узнать подробнее о пяти основных потребностях живых организмов).

Каждый раз, когда «постороннее» (живое существо(а) или внешний фактор, например, повышение температуры) вводятся в экосистему, могут произойти катастрофические последствия. Это происходит потому, что новый организм (или фактор) способен искажать естественный баланс взаимодействия и нести потенциальный вред или разрушение неродной экосистеме.

Как правило, биотические члены экосистемы, вместе с их абиотическими факторами зависят друг от друга. Это означает отсутствие одного члена или одного абиотического фактора может повлиять на всю экологическую систему.

Если нет достаточного количества света и воды, или, если почва содержит мало питательных веществ, растения могут погибнуть. Если растения погибают, животные, которые от них зависят также оказываются по угрозой. Если животные, зависящие от растений гибнут, то другие животные, зависящие от них также погибнут. Экосистема в природе работает одинаково. Все ее части должны функционировать вместе, чтобы поддерживать баланс!

К сожалению, экосистемы могут разрушиться в результате стихийных бедствий, таких как пожары, наводнения, ураганы и извержения вулканов. Человеческая деятельность также способствует разрушению многих экосистем и биомов планеты.

Основные виды экосистем

Экологические системы имеют неопределенные размеры. Они способны существовать на небольшом пространстве, например под камнем, гниющем пне дерева или в небольшом озере, а также занимать значительные территории (как весь тропический лес). С технической точки зрения, нашу планету можно назвать одной огромной экосистемой.

Виды экосистем в зависимости от масштаба:

• Микроэкосистема — экосистема небольшого масштаба, как пруд, лужа, пень дерева и т.д.
• Мезоэкосистема — экосистема, такая, как лес или большое озеро.
• Биом. Очень большая экосистема или совокупность экосистем с аналогичными биотическими и абиотическими факторами, такими как целый тропический лес с миллионами животных и деревьев, и множеством различных водных объектов.

Границы экосистем не обозначены четкими линиями. Их часто разделяют географические барьеры, такие как пустыни, горы, океаны, озера и реки. Поскольку границы не являются строго установленными, экосистемы, как правило, сливаются друг с другом. Вот почему озеро может иметь множество небольших экосистем со своими собственными уникальными характеристиками. Ученые называют такое смешивание «Экотон».

Виды экосистем по типу возникновения:

Помимо вышеперечисленных видов экосистем, существует также разделение на естественные и искусственные экологические системы. Естественная экосистема создается природой (лес, озеро, степь и т.д.), а искусственная — человеком (сад, приусадебный участок, парк, поле и др.).

Типы экосистем

Существует два основных типа экосистем: водные и наземные. Любые другие экосистемы мира относятся к одой из этих двух категорий.

Наземные экосистемы

Наземные экосистемы могут быть найдены в любом месте мира и подразделены на:

Лесные экосистемы

Это экосистемы, в которых есть обилие растительности или большое количество организмов, живущих в относительно небольшом пространстве. Таким образом, в лесных экосистемах плотность живых организмов достаточно высока. Небольшое изменение в этой экосистеме может повлиять на весь ее баланс. Также, в таких экосистемах можно встретить огромное количество представителей фауны. Кроме того, лесные экосистемы подразделяются на:

• Тропические вечнозеленые леса или тропические дождевые леса: тропические леса, получающие среднее количество осадков более 2000 мм в год. Они характеризуются густой растительностью, в которой преобладают высокие деревья, расположенные на разных высотах. Эти территории являются убежищем для различных видов животных.
• Тропические лиственные леса: Наряду с огромным разнообразием видов деревьев, здесь также встречаются кустарники. Данный тип леса встречается в довольно многих уголках планеты и является домом для большого разнообразия представителей флоры и фауны.
• Умеренные вечнозеленые леса: Имеют довольно небольшое количество деревьев. Здесь преобладают вечнозеленые деревья, которые обновляют свою листву в течение всего года.


• Широколиственные леса: Расположены во влажных умеренных регионах, которые имеют достаточное количество осадков. В зимние месяца, деревья сбрасывают свою листву.
• Тайга: Расположенная непосредственно перед природной зоной тундры, тайга определяется вечнозелеными хвойными деревьями, минусовыми температурами на протяжении полугода и кислыми почвам. В теплое время года здесь можно встретить большое количество перелетных птиц, насекомых и других животных тайги.

Пустынная экосистема

Пустынные экосистемы расположены в районах пустынь и получают менее 250 мм осадков в год. Они занимают около 17 % всей суши Земли. Из-за чрезвычайно высокой температуры воздуха, плохого доступа к водным ресурсам и интенсивного солнечного света, флора и фауна пустынь не столь богаты, как в других экосистемах.

Экосистема луга

Луга расположены в тропических и умеренных регионах мира. Территория луга в основном состоит из трав, с небольшим количеством деревьев и кустарников. Луга населяют пасущиеся животные, насекомоядные и растительноядные. Выделяется два основных вида экосистем луга:

• Саванны: Тропические луга, имеющие сухой сезон и характеризующиеся отдельно растущими деревьями. Они обеспечивают пищей большое количество травоядных животных, а также являются местом охоты многих хищников.
• Прерии (умеренные луга): Это область с умеренным травяным покровом, полностью лишенная крупных кустарников и деревьев. В прериях встречается разнотравье и высокая трава, а также наблюдаются засушливые климатические условия.


• Степные луга: Территории сухих лугов, которые располагаются вблизи полузасушливых пустынь. Растительность этих лугов короче, чем в саваннах и прериях. Деревья встречаются редко, и как правило, находятся на берегах рек и ручьев.

Читайте также: Биом луга.

Горные экосистемы

Горная местность обеспечивает разнообразный спектр местообитаний, где можно найти большое количество животных и растений. На высоте, обычно преобладают суровые климатические условия, в которых могут выжить только альпийские растения. Животные, обитающие высоко в горах, имеют толстые шубы для защиты от холодов. Нижние склоны, как правило, покрыты хвойными лесами.

Водные экосистемы

Водная экосистема — экосистема, расположенная в водной среде (например, реки, озера, моря и океаны). Она включает в себя водную флору, фауну, а также свойства воды, и подразделяется на два типа: морскую и пресноводную экологические системы.

Морские экосистемы

Морские экосистемы являются крупнейшими экосистемами, которые покрывают около 71% поверхности Земли и содержат 97% воды планеты. Морская вода содержит большое количество растворенных минералов и солей. Морская экологическая система подразделяется на:

• Океаническую (относительно мелкая часть океана, которая находится на континентальном шельфе);
• Профундальную зону (глубоководная область не пронизанная солнечным светом);
• Бентальную область (область, заселенная донными организмами);
• Приливную зону (место между низкими и высокими приливами);
• Лиманы;
• Коралловые рифы;
• Солончаки;
• Гидротермальные жерла, где хемосинтезирующие бактерии составляют кормовую базу.

Многие виды организмов живут в морских экосистемах, а именно: бурые водоросли, кораллы, головоногие моллюски, иглокожие, динофлагелляты, акулы и т.д.

Читайте также: Животные Большого Барьерного рифа.

Пресноводные экосистемы

В отличие от морских экосистем, пресноводные охватывают лишь 0,8% поверхности Земли и содержат 0,009% от общего количества мировых запасов воды. Существует три основных вида пресноводных экосистем:

• Стоячие: воды, где отсутствует течение, как бассейны, озера или пруды.
• Проточные: быстро движущиеся воды, такие как ручьи и реки.
• Водно-болотные угодья: места, в которых постоянно или периодически затопленная почва.

Пресноводные экосистемы являются местами обитания рептилий, земноводных и около 41% видов рыб в мире. Быстро движущиеся воды обычно содержат более высокую концентрацию растворенного кислорода, тем самым поддерживают большее биологическое разнообразие, чем стоячие воды прудов или озер.

Структура, компоненты и факторы экосистемы

Экосистема определяется как природная функциональная экологическая единица, состоящая из живых организмов (биоценоза) и их неживой окружающей среды (абиотической или физико-химической), которые взаимодействуют между собой и создают стабильную систему. Пруд, озеро, пустыня, пастбища, луга, леса и т.д. являются распространенными примерами экосистем.

Каждая экосистема состоит из абиотических и биотических компонентов:

Абиотические компоненты

Абиотические компоненты представляют собой не связанные между собой факторы жизни или физическую среду, которая оказывает влияние на структуру, распределение, поведение и взаимодействие живых организмов.

Абиотические компоненты представлены в основном двумя типами:

• Климатическими факторами, которые включают в себя дождь, температуру, свет, ветер, влажность и т.д.
• Эдафическими факторами, включающие в себя кислотность почвы, рельеф, минерализацию и т.д.

Значение абиотических компонентов

Почвы содержат минеральные и органические вещества, а также живые организмы. Почва обеспечивает живых существ питательными веществами, влагой и средой обитания. Растительность верхней части почвенного покрова тесно с ней связана через круговорот питательных веществ.

Атмосфера обеспечивает живые организмы углекислым газом (для фотосинтеза) и кислородом (для дыхания). Процессы испарения, транспирации и круговорота воды происходят между атмосферой и поверхностью Земли.

Солнечное излучение нагревает атмосферу и испаряет воду. Свет также необходим для фотосинтеза. Фотосинтез обеспечивает растения энергией, для роста и обмена веществ, а также органическими продуктами для питания других форм жизни.

Большинство живой ткани состоит из высокого процента воды, до 90% и даже более. Немногие клетки способны выжить, если содержание воды падает ниже 10%, и большинство из них погибают, когда вода составляет менее 30-50%.

Вода является средой, с помощью которой минеральные пищевые продукты поступают в растения. Она также необходима для фотосинтеза. Растения и животные получают воду с поверхности Земли и почвы. Основной источник воды — атмосферные осадки.

Биотические компоненты

Живые существа, включая растения, животных и микроорганизмы (бактерии и грибы), присутствующие в экосистеме, являются биотическими компонентами.

На основе их роли в экологической системе, биотические компоненты могут быть разделены на три основные группы:

• Продуценты производят органические вещества из неорганических, используя солнечную энергию;
• Консументы питаются готовыми органическими веществами, произведенными продуцентами (травоядные, хищники и всеядные);
• Редуценты. Бактерии и грибы, разрушающие отмершие органические соединения продуцентов (растений) и консументов (животных) для питания, и выбрасывающие в окружающую среду простые вещества (неорганические и органические), образующихся в качестве побочных продуктов их метаболизма.

Эти простые вещества повторно производятся в результате циклического обмена веществ между биотическим сообществом и абиотической средой экосистемы.

Уровни экосистемы

Для понимания уровней экосистемы, рассмотрим следующий рисунок:

Особь

Особь — это любое живое существо или организм. Особи не размножаются с индивидуумами из других групп. Животные, в отличие от растений, как правило, относятся к этому понятию, поскольку некоторые представители флоры могут скрещиваться с другими видами.

В приведенной выше схеме, можно заметить, что золотая рыбка взаимодействует с окружающей средой и будет размножаться исключительно с представителями своего вида.

Популяция

Популяция — группа особей данного вида, которые живут в определенной географической области в данный момент времени. (Примером может служить золотая рыбка и представители ее вида). Обратите внимание, что популяция включает особей одного вида, которые могут иметь различные генетические отличия, такие как цвет шерсти/глаз/кожи и размер тела.

Сообщество

Сообщество включает в себя всех живых организмов на определенной территории, в данный момент времени. В нем могут присутствовать популяции живых организмов разных видов. В приведенной выше схеме, обратите внимание, как золотые рыбы, лососёвые, крабы и медузы сосуществуют в определенной среде. Большое сообщество, как правило, включает в себя биоразнообразие.

Экосистема

Экосистема включает в себя сообщества живых организмов, взаимодействующих с окружающей средой. На этом уровне живые организмы зависят от других абиотических факторов, таких как камни, вода, воздух и температура.

Биом

Простыми словами, биом представляет собой совокупность экосистем, имеющих схожие характеристики с их абиотическими факторами, адаптированными к окружающей среде.

Биосфера

Когда мы рассматриваем различные биомы, каждый из которых переходит в другой, формируется огромное сообщество людей, животных и растений, живущих в определенных местах обитания. Биосфера является совокупностью всех экосистем, представленных на Земле.

Пищевая цепь и энергия в экосистеме

Все живые существа должны питаться, чтобы получать энергию, необходимую для роста, движения и размножения. Но чем же эти живые организмы питаются? Растения получают энергию от Солнца, некоторые животные едят растения, а другие едят животных. Это соотношение кормления в экосистеме, называется пищевой цепью. Пищевые цепи, как правило, представляют последовательность того, кто кем питается в биологическом сообществе.

Ниже приведены некоторые живые организмы, которые могут разместиться в пищевой цепи:

Пищевая цепь — это не одно и то же, что и пищевая (трофическая) сеть. Трофическая сеть представляет собой совокупность многих пищевых цепей и является сложной структурой.

Передача энергии

Энергия передается по пищевым цепям от одного уровня к другому. Часть энергии используется для роста, размножения, передвижения и других потребностей, и не доступна для следующего уровня.

Более короткие пищевые цепи сохраняют больше энергии, чем длинные. Израсходованная энергия поглощается окружающей средой.

Источник: natworld.info

2. Типы агроэкосистем.

Авторы учебно­го пособия «Сельскохозяйственная эко­логия» (Уразаев и др., 1996), рассматри­вая сельскохозяйственные экосистемы, исходят из следующего ранжирования:

1.      агросфера — глобальная экосистема, объединяющая всю территорию Земли, преобразованную сельскохозяйствен­ной деятельностью человека;

2.      аграрный ландшафт — экосистема, сформировав­шаяся в результате сельскохозяйствен­ного преобразования ландшафта (степ­ного, таежного и т.д.);

3.      сельскохозяй­ственная экологическая система (или сельскохозяйственная экосистема) — экосистема на уровне хозяйства;

4.      агробиогеоценоз —поле, сад, бахча, тепли­ца, оранжерея; пастбищный биогеоце­ноз — природное или культурное паст­бище, используемое для выпаса сельскохозяйственных животных;

5.      ферменный биогеоценоз — конюшня, ко­ровник, свинарник, кошара, птичник, животноводческий комплекс, зоопарк, виварий.

Приведенная структуризация, с од­ной стороны, отражает многоплано­вость взаимодействия человека с окру­жающей природной средой в процессе сельскохозяйственного производства, а с другой — убеждает в необходимости выработки целостной методологии ис­следований, отражающей сущность аг­роэкологии как интерактивного меж­дисциплинарного комплекса.

В отличие от индустриальных или урбанизированных экосистем первона­чальный процесс формирования агроэкосистемы из естественной экосисте­мы прост. Условно говоря, достаточно разрыхлить поверхность почвы и зало­жить необходимые для будущего урожая семена, уничтожив предварительно в достаточной степени естественную рас­тительность. Но и при таком весьма примитивном преобразовании есте­ственной экосистемы ощутимо меняет­ся круговорот веществ. Так, после рас­пашки территории активизируются процессы массообмена, проявляющие­ся в интенсификации круговорота био­генных элементов.

Если условно рассматривать агроэкосистему как соединение естествен­ной экологической системы и антропо­генной энергии, следует отметить, что удельные затраты энергии в доиндустриальном сельском хозяйстве были сравнимы с энергопотоками в есте­ственных экосистемах. В интенсивном сельском хозяйстве энергопотребление намного выше, что в конеч­ном итоге уравнивает его по степени влияния на окружающую природную среду с иными антропогенными воздей­ствиями. Природ­ная экосистема являет собой область с замкнутым циклом и элементов пита­ния, и первичной продукции, т. е. пото­ки вещества реализуются преимуще­ственно внутри системы, а вынос их из системы почти отсутствует. Агроэкосистемы же создаются для пре­имущественного выноса продукции из системы, причем иногда за тысячи ки­лометров от первоначального источни­ка формирования этой продукции.

Процессами производства пищевых ресурсов на основе использования почвенно-климатического потенциала ох­вачены огромные площади планеты, представленные разномасштабными (от парцелл до крупных возделываемых массивов) агроэкосистемами. Значи­тельное разнообразие их по размерам, целевому назначению, используемым технологическим системам пока что ог­раничивает возможность разработки универсальной схемы типизации этих образований.

Парцеллярные агроэкосистемы (от фр. рагсеllа —частица) — мелкие земельные участки, на которых производят продукцию с помощью маломощных орудий труда. Такие системы харак­теризуются ограниченными пахотными угодья­ми, распространением смешанных посевов с раз­ной периодичностью чередования и различными сроками вызревания культур. В практике мирово­го земледелия этот тип агроэкосистем имеет су­щественное значение (особенно в предгорьях и горах). В Кении, например, 60 % всех профилиру­ющих культур выращивают на полях площадью менее 0,25 га. И как не вспомнить наши б соток, существенным образом пополняющие продо­вольственную корзину зеленной, овощной, ягод­ной и другой продукцией.

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

1. Земледельческое,    или    полевое, землепользование — богарные, орошае­мые агроэкосистемы  (ротации зерно­вых, бобовых, кормовых, овощных, бах­чевых, технических и лекарственных, культур).

2.  Плантационно-садовое        земле­пользование — плантационные      агро­экосистемы (чайный куст, дерево какао, кофейное дерево, сахарный тростник), садовые    агроэкосистемы     (плодовые сады, ягодники, виноградники).

3.  Пастбищное   землепользование -пастбищные агроэкосистемы (отгонные пастбища: тундровые, пустынные, горные; лесные пастбища; улучшенные паст­бища; сенокосы; окультуренные луга).

4. Смешанное    землепользование — смешанные   агроэкосистемы,   характе­ризующиеся равнозначным соотноше­нием и сочетанием нескольких видов землепользования, а также процессов получения как первичной, так и вто­ричной биологической продукции.

5. Землепользование в целях произ­водства вторичной биологической про­дукции — агропромышленные   экосис­темы (территории интенсивного «инду­стриализированного» производства мо­лока, мяса, яиц и другой продукции на основе преобладающих процессов снаб­жения системы веществом и энергией извне).

По энергетическим вложениям вы­деляют агроэкосистемы первого типа — доиндустриальные с дополнительной энергией в виде мышечных усилий человека и живот­ных. Агроэкосистемы этого типа, как правило, гармонирующие с природны­ми экосистемами, занимают значитель­ные площади пахотных земель в странах Азии, Африки и Южной Америки. Раз­личают также агроэкосистемы второго типа, требующие постоянного дополни­тельного привнесения энергии. В агро­экосистемы доиндустриального типа ежегодно дополнительно поступает око­ло 2- 10⁹Дж/га, а в интенсивные меха­низированные агроэкосистемы разви­тых стран —до 20- 10^шДж/га (целесо­образный предел внесения дополни­тельной энергии — 15 • 10⁹Дж/га).

К экологически организованной агроэкосистеме предъявляется требова­ние сестайнинга (от англ.— поддерживающий). Использование данного емкого понятия применитель­но к агроэкосистемам предложено А. Шапкиным и Б. Миркиным с соавт. Сестайнинг обеспечивается на основе экологического императива, предусмат­ривающего систему запретов на ресур-соразрушающие методы природополь­зования (почвы, пастбища, гидрологи­ческий режим территории, биологичес­кое разнообразие и т. д.). Для того чтобы осуществить требования сестай­нинга, необходима оптимизация агро­экосистемы. Для этого предлагается расчетным путем устанавливать целесо­образное соотношение учитываемых компонентов, основными из которых являются пашня, естественные и кор­мовые угодья, скот. В одних и тех же природных условиях могут реализовываться раз­личные функциональные варианты аг­роэкосистемы — растениеводческая, животноводческая и комплексная, что зависит от экономической целесообраз­ности. Сестайнинг может быть достиг­нут при любом количестве привноси­мой энергии (экстенсивный, интенсив­ный и адаптивный варианты). Вместе с тем при интенсивных вариантах эколо­гический императив вступает в глубокое противоречие с энергетическим импе­ративом, происходит нарушение после­днего. По замечанию Ю. Одума (1986), если перевести все агроэкосистемы мира на высокий уровень обеспечения антропогенной энергией и сделать их интенсивными, то человечество будет вынуждено израсходовать 90 % всей по­лучаемой энергии.

«Для любого варианта агроэкосисте­мы сестайнинг означает приближение к экологическому равновесию за счет обеспечения максимальной замкнутос­ти циклов вещества, минимизации ко­личества антропогенной энергии, по­вышения биологического разнообразия и его потенциальной способности к формированию полезных симбиотичес-ких связей. Реализация требований оп­тимизации агроэкосистемы, как прави­ло, приводит к уменьшению площади пашни, повышению доли естественных кормовых угодий, усилению значения лесомелиорации, сокращению поголо­вья скота, усовершенствованию севоо­боротов путем повышения доли почво-восстанавливающих культур», — пи­шут Р. М. Хазиахметов и Л. Г. Наумова.

1. Обеспечение дос­таточной длитель­ности залежно-переложной стадии
2. Обеспечение ба­ланса между про­дуктивностью кормовых угодий и поголовьем . Обеспечение ба­ланса между пло­щадями пашни и луга и поголовьем скота
3. Применение се­вооборотов с тра­вами и сидератами Утилизация бес­подстилочного навоза, возврат его на пашню
4. Обеспечение адаптивной струк­туры агроэкосис-темы, сохранение биологического разнообразия, при­менение биомето­дов

В процессе формирования, развития и эксплуатации агросистемных образо­ваний принципиально важно учитывать естественное плодородие почв и усло­вия его воспроизводства.

Можно выде­лить три базовых типа агроэкосистем:

1. природоемкий,

2. природоохранный

3. природоулучшающий.

Природоемкие агроэкосистемы характеризуются не­полным воспроизводством естественно­го плодородия, что приводит к падению его уровня.

Для природоохранного типа агроэкосистем характерны простое вос­производство естественного плодоро­дия и, как следствие, сохранение его уровня. Природоулучшающий тип на­правлен на расширенное воспроизвод­ство и повышение уровня естественного плодородия. В последнее время доми-

нирует природоемкий тип. Пропорцио­нально типу воспроизводства почвен­ного плодородия меняется эффектив­ность привносимой в агроэкосистемы антропогенной энергии.

Почва — это базис для создания лю­бой агроэкосистемы, своеобразное сре­доточие процессов видоизменения ве­ществ и трансформации потоков энер­гии, главное звено управления агроэко-системами. Физико-химические про­цессы, происходящие в агроэкосисте-мах, как известно, существенно отлича­ются от таковых в естественных экосис­темах вследствие привнесения элемен­тов антропогенного регулирования. Принципиальное отличие даже упро­щенных агроэкосистем от естественных заключается в преимущественном выносе с урожаем питательных веществ, акку­мулируемых в выращенной продукции. Это явный отличительный признак агроэкосистем, но он не един­ственный. Почвенное плодородие, опре­деляемое в основном запасами гумуса, является не только главной экономичес­кой и экологической характеристикой агроэкосистемы. Уменьшение содержа­ния гумуса ухудшает условия развития полезной микрофлоры, в том числе и «почвоочистительной», приводит к утра­те запасов внутрипочвенной энергии, элементов минерального питания, к уси­лению процессов смыва и вымывания, т. е. обусловливает деградацию базиса.

Некоторые процессы в агроэкосистемах происходят не так, как в природ­ных системах. Так, скорость инфильт­рации воды в природных экосистемах выше, что существенно снижает и по­верхностный сток, и вероятность разви­тия эрозии почвы. В естественных усло­виях эрозию сдерживает также расти­тельный покров, сохраняющийся в те­чение всего года.

Потери влаги в природной экосисте­ме обычно выше. Вследствие больших потерь влаги по почвенному профилю перемещается меньший объем воды, что снижает вымывание и поступление в грунтовые воды питательных веществ.

В природных экосистемах в больших количествах содержатся органические коллоиды, которые обеспечивают ионо­обменную и водоудерживающую спо­собность почвы. Потери почвой колло­идов в агроэкосистемах вызваны окис­лением и разрушением органического вещества, что происходит в результате длительной обработки почвы, а также при орошении. Параллельно окисле­нию органического вещества происхо­дит и интенсивная минерализация, что ведет к значительным потерям его под­вижной части. В агроэкосистемах про­цессы окисления и минерализации уси­ливаются вследствие снижения густоты растительного покрова и повышения температуры почвы.

Цикл круговорота биогенных эле­ментов в природных экосистемах более закрытый, чем в агроэкосистемах, где значительная их часть отчуждается с урожаем. Газообразные потери азота из почвы в агроэкосистемах значительно выше, чем в природных экосистемах, вследствие большей активности денит­рифицирующих микроорганизмов.

В природных экосистемах способ­ность растений поглощать элементы питания выше, чем скорость образова­ния доступных их форм в почве. Расте­ния природных экосистем имеют более разнообразную корневую систему, что позволяет полнее использовать почвен­ный профиль. Агротехника, при кото­рой уменьшается разнообразие возде­лываемых культур, не только снижает эффективность использования влаги, но и увеличивает угрозу потери питательных веществ при вымывании их за пределы корнеобитаемого слоя почвы.

Источник: studizba.com

Агроэкосистемы – это сельскохозяйственные предприятия, типичные социоприродные экосистемы, которые формирует человек, исходя из своих интересов, но за счет использования организмов, созданных самой природой (хотя и измененных им в процессе искусственного отбора).

Агроэкосистемы автотрофны: основным источником энергии для них служит Солнце. Дополнительная (антропогенная) энергия, которую использует человек при обработке почвы и которая затрачена на производство тракторов, удобрений, пестицидов и т.д., не превышает 1% от солнечной энергии, усваиваемой агроэкосистемой.

Как и естественная экосистема, агроэкосистема состоит из организмов трех основных трофических групп: продуцентов, консументов и редуцентов.

Продуценты в агроэкосистеме – культурные растения, травы сенокосов и пастбищ, деревья садов, лесопосадок и естественных лесов, входящих в ее состав. Продуцентами являются также спутники культурных растений – сорняки.

Консументы в агроэкосистеме – человек и сельскохозяйственные животные. К консументам относятся также вредители полевых культур (от насекомых до сусликов и хомяков), паразиты (часто опасные для сельскохозяйственных животных), полезные насекомые (хищные и опылители), птицы, организмы-симбиотрофы (микоризные грибы и бактерии-азотфиксаторы).

Животные-детритофаги размельчают растительные остатки и облегчают деятельность бактерий. Особенно важна роль дождевых червей. Прошедшая через пищеварительную систему дождевого червя почва с растительными остатками склеивается в плотные комочки, что улучшает ее структуру. Эти комочки обогащаются калием, фосфором и азотом в форме соединений, доступных растениям. Кроме того, черви, прорывая ходы, разрыхляют почву и облегчают проникновение в нее корней. В хорошо унавоженной почве биомасса червей может составлять до 10–20 т на 1 га. Существуют специальные фермы, где разводят дождевых червей, которых вносят на поля для повышения урожая.

Редуценты в агроэкосистеме – это в основном бактерии. Они поддерживают плодородие почв, превращая пожнивные остатки в гумус, а гумус и вносимый на поля навоз – в более простые органические и минеральные вещества, доступные растениям. Однако среди редуцентов есть не только восстановители плодородия почв, но и его разрушители. Бактерии-нитрификаторы и денитрификаторы превращают аммонийные формы азота в нитраты, которые легко вымываются из почвы, и газообразный азот, улетучивающийся в атмосферу.

Человек управляет структурой и функцией сельскохозяйственной экосистемы (рис. 86):

– соотношением потоков вещества и энергии по пищевым цепям «растение – скот – человек» и «растение – человек», то есть определяет специализацию хозяйства для производства животноводческой или растениеводческой продукции;

– первичной биологической продукцией путем улучшения условий для роста и развития растений и выбора таких растений и таких способов их выращивания, которые обеспечивают наибольший урожай;

– вторичной биологической продукцией – продуктивностью сельскохозяйственных животных;

– состоянием ресурсов агроэкосистемы: почвами, биоразнообразием, гидрологическим (т.е. водностью рек и озер) и гидрохимическим (качеством воды) режимами агроэкосистемы.

Человек контролирует не все живое население агроэкосистемы, часть видов проникает в неё и живет помимо (или даже вопреки) его воле. Такие живущие сами по себе виды называются спонтанными. Среди них – и вредители, и растения-сорняки, и полезные животные: птицы, насекомые-хищники и др.

Все компоненты агроэкосистемы тесно связаны, хотя в ней не бывает полного экологического равновесия, как в естественных экосистемах. Поддерживать равновесие в агроэкосистеме должен сам человек. Если этого не делать, происходит разрушение ее ресурсов.

Контрольные вопросы

1. Почему агроэкосистема относится к автотрофным экосистемам?

2. Как в агроэкосистеме представлены основные трофические блоки: продуценты, консументы и редуценты?

3. Приведите примеры видов, которые поселяются в агроэкосистеме помимо воли человека?

4. Какими элементами структуры и функции агроэкосистемы управляет человек?

Источник: studopedia.ru

11.5. Сельскохозяйственные экосистемы

Сельскохозяйственные экосистемы (агроэкосистемы) занимают около 1/3 территории суши, при этом 10% – это пашня, а остальное – естественные кормовые угодья. Агроэкосистемы относятся к фотоавтотрофным – имеют ту же принципиальную схему функционирования с передачей энергии по цепи «продуценты – консументы – редуценты», что и естественные наземные экосистемы. Их отличие заключается в том, что состав, структура и функция управляются не естественными механизмами самоорганизации, а человеком. Как пишет Ю.Одум (1986), человек стоит на вершине экологической пирамиды и стремится спрямить пищевые цепи Так чтобы получать максимальное количество первичной (растениеводческой) и вторичной (животноводческой) продукции нужного качества (Одум, 1986).

Кроме того, агроэкосистемы значительно более открыты, чем естественные экосистемы: с растениеводческой и животноводческой продукцией из них происходит отток элементов питания. Некоторое количество элементов питания теряется и за счет вымывания в грунтовые и наземные воды, а также эрозии – смывания или сдувания с полей мелкозема, который является наиболее питательной частью почвы.

Рис. 22. Схема управления сельскохозяйственной экосистемой ( по Миркину, Хазиахметову, 2000).

Для того, чтобы управлять агроэкосистемой (рис. 22), человек затрачивает антропогенную энергию – на обработку почвы и полив, на производство и внесение удобрений и химических средств защиты растений, на обогрев животноводческих помещений в зимнее время и т.д. Количество затрачиваемой антропогенной энергии зависит от избранной стратегии управления. Сельское хозяйство может быть интенсивным (высокие вложения энергии), экстенсивным (низкие вложения энергии) или компромиссным (умеренные вложения энергии). Компромиссная стратегия наиболее целесообразна, так как позволяет сочетать достаточно высокий выход сельскохозяйственной продукции с сохранением условий среды и экономией энергии.

Однако даже при интенсивной стратегии управления доля антропогенной энергии в энергетическом бюджете экосистемы составляет не более 1%. Основным источником энергии для «работы» агроэкосистемы является Солнце.

Человек управляет практически всеми параметрами агроэкосистемы:

– составом продуцентов (заменяет естественные растительные сообщества на искусственные посевы сельскохозяйственных растений и посадки плодовых деревьев);

– составом консументов (заменяет естественных фитофагов на домашний скот);

– соотношением потоков энергии по главным пищевым цепям «растение – человек» и «растение – скот – человек» (специализирует хозяйство на производстве растениеводческой или животноводческой продукции или на равное соотношение того и другого);

– непроизводительным оттоком вещества и энергии по дополнительным пищевым цепям: «почва – сорные растения», «культурные растения – насекомые‑фитофаги», «хозяин (культурные растения, домашние животные) – паразит», т.е. контролирует плотность деструктивной биоты (Swift, Anderson, 1993) – популяций сорных растений, насекомых фитофагов, паразитов;

– уровнем первичной биологической продукции (улучшая условия для развития растений за счет обработки почвы, удобрений и полива).

Человек управляет агроэкосистемой через биологических посредников, к которым относятся культурные растения, сельскохозяйственные животные, почвенная биота и все прочие организмы, населяющие агроэкосистему (насекомые‑энтомофаги и опылители, птицы, растения сенокосов и пастбищ и др.). Посредники играют роль биологических усилителей, позволяющих уменьшать затраты антропогенной энергии.

Способы управления агроэкосистемой совершенствовались в течение десяти тысяч лет истории сельского хозяйства (появились мощная сельскохозяйственная техника, минеральные удобрения, пестициды, стимуляторы роста и т.д.), однако возможности управления и сегодня по‑прежнему ограничиваются целым рядом условий – экологических и биологических:

– агроресурсами – климатом (количеством осадков и продолжительностью теплого периода), характером почв и рельефом. От этих условий зависит состав видов и сортов возделываемых растений и видов и пород сельскохозяйственных животных;

– потенциалом формирования первичной биологической продукции – верхним пределом эффективности фотосинтеза, который в большинстве случаев не превышает 1% поступающей солнечной энергии (в особо продуктивных посевах в теплом климате на удобрении и поливе – до 2%);

– максимально возможной долей хозяйственно ценных фракций в урожае – хлопкового волокна, клубней, корнеплодов, зерна и т.д. (например зерна может быть не больше 40% от всей биологической продукции, хотя у пшеницы сорта «Мексикале», выведенного «отцом» зеленой революции Н. Берлоугом, долю зерна удалось довести до 60%);

– неизбежным рассеиванием энергии при переходе ее с первого трофического уровня на второй (при откорме скота): для получения 1 кг вторичной биологической продукции при откорме бройлеров, свиней и коров необходимо затратить (в пересчете на зерно) 2, 4 и 6 кг корма;

– плодовитостью сельскохозяйственных животных: ограничены верхние пределы яйценоскости кур, числа потомства у коров и свиней и т.д.

Биологические ограничители преодолеть невозможно, хотя влияние ресурсных ограничителей может быть ослаблено при интенсивной стратегии управления (высокие дозы удобрений, полив, создание закрытого грунта, террасирование склонов). Однако как показал опыт зеленой революции 60‑х гг. ХХ в., когда на поля пришли сверхурожайные сорта, высокие вложения энергии привели к разрушению агроресурсов – почвы, истощению ресурсов воды и ее загрязнению, снижению биоразнообразия. Таким образом, высокие энергозатраты на управление агроэкосистемой экологически неоправданны. Кроме того, энергия сама по себе дефицитна, так как ограничены ресурсы энергоносителей, а производство и транспортировка энергии сопровождаются загрязнением среды.

По этой причине при экологически ориентированном управлении агроэкосистемой и умеренных затратах антропогенной энергии получение достаточно большого количества сельскохозяйственной продукции высокого качества не снижает устойчивости агроэкосистемы (т.е. обеспечивает сохранение ее агроресурсов).

Чтобы вести сельское хозяйство в соответствии с этими требованиями, человек вынужден ограничивать:

– долю пашни (особенно под выгодными, но разрушающими почву культурами – подсолнечник, кукуруза, рис), сохраняя часть агроэкосистемы под многолетними травяными сообществами кормовых угодий или под лесом (естественным или лесопосадками);

– вмешательство в жизнь почвы при ее обработке (использовать не отвальные плуги, а рыхлители) и дозы минеральных удобрений и химических средств защиты растений;

– поголовье скота.

Кроме того, для экологически ориентированного управления агроэкосистемами он должен:

– возделывать виды и сорта культурных растений и разводить породы сельскохозяйственных животных, которые требуют меньших затрат антропогенной энергии (засухоустойчивые виды, не требующие полива, например сорго; лошадей, которые круглый год содержатся на пастбищах, и т.д.);

– использовать экологичные севообороты с многолетними травами и сидератами (их зеленую массу не убирают, а запахивают в почву как удобрение) для восстановления плодородия почв;

– возделывать поликультуры и сортосмеси, т.е. смеси культурных растений, которые более полно используют агроресурсы и требуют меньших затрат на защиту растений;

– рассредоточивать скот по территории агроэкосистемы (содержать его на небольших фермах), чтобы облегчить внесение навоза на поля.

Агроэкосистемы, которые создаются в соответствии с этими принципами, называются самоподдерживающимися (sustainable). В них обеспечивается предельно возможное сходство с естественными экосистемами.

К сожалению, в настоящее время доля устойчивых агро‑экосистем в мире (и особенно в России) мала. Под влиянием сельского хозяйства продолжается разрушение почв, нарушаются гидрологические и гидрохимические характеристики агроландшафтов, снижается биологическое разнообразие.

Контрольные вопросы

1. Какую площадь суши планеты занимают агроэкосистемы?

2. Чем отличаются агроэкосистемы от естественных фотоавтотрофных экосистем?

3. Какова доля антропогенной энергии, затрачиваемой на управление агроэкосистемой, в энергетическом бюджете последней?

4. Перечислите основные параметры агроэкосистемы, которыми управляет человек.

5. Какие биологические посредники использует человек для управления агроэкосистемой?

6. Перечислите ресурсные ограничители при управлении агроэкосистемой.

7. Расскажите о биологических ограничителях при управлении агроэкосистемой.

8. Что такое компромиссная система управления агроэкосистемой, каковы ее экологические и экономические преимущества?

9. Какие параметры характеризуют устойчивую агроэкосистему?

Предыдущая

Источник: ekolog.org

Понятие об агроэкосистемах

Человек получает достаточно много разных видов продукции от природных экосистем. Тем не менее основным источником пищевых ресурсов для него является сельское хозяйство. Сельскохозяйственная деятельность человека способна изменять природные экосистемы. Кроме того, человек способен формировать искусственные экосистемы и поддерживать их существование с целью получения сельскохозяйственной продукции. Эти искусственные экосистемы называются агроэкосистемами.

Агроэкосистемы (от греч. agros — поле) — искусственные экосистемы, созданные и используемые человеком для получения сельскохозяйственной продукции или отдыха.

Агроэкосистемы занимают примерно 30 % свободной ото льда суши нашей планеты. Из них около 10 % приходится на пахотные земли, почти 20 % занимают пастбища.

В Республике Беларусь сельскохозяйственная продукция как товар играет важную роль в экономике. Площадь сельскохозяйственных угодий у нас составляет около 75 %. Из них на долю пахотных земель приходится примерно 60 %. Основными типами агроэкосистем в нашей стране являются: пахотные поля, сенокосы и пастбища, фруктовые сады, огороды, теплицы, фермы, пруды.

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

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

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

Структура агроэкосистемы

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

Сообщество состоит из продуцентов, консументов и редуцентов. Они взаимодействуют за счет трофических связей, благодаря чему осуществляется круговорот веществ. Отличие сообщества агроэкосистемы от природного сообщества отмечается на уровне видового состава функциональных групп организмов и их взаимосвязей. Каждая функциональная группа состоит из небольшого количества специфичных видов. Среди продуцентов доминирует культурный вид растений, имеется несколько видов сопутствующих сорняков. Консументы представлены беспозвоночными, паразитическими грибами и бактериями, питающимися преимущественно культурными растениями. Иногда могут присутствовать мелкие грызуны, некоторые птицы. На пастбищах доминируют виды домашних животных. Функцию редуцентов выполняют почвенные грибы, бактерии, дождевые черви. Человек постоянно нарушает взаимодействие видов в сообществе, осуществляя различные приемы агротехники.

Отличия агроэкосистем от природных экосистем

Агроэкосистемы существенно отличаются от природных экосистем:

Сравнительная характеристика экосистем

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

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

Источник: jbio.ru