Сельскохозяйственна экология:материалы проблемной лекции

Текст проблемной лекции
Тема: «Структура и свойства агроэкосистем»
План
1 Структурная классификация экосистем
2 Свойства с\х экосистем
1. Структурная классификация экосистем
Своим развитием на Земле человеческое общество обязано земледелию.
Посеяв всего 5-10 тыс. лет назад первые зерна, человек начал коренное
преобразование природной среды и, в конечном итоге, всей биосферы.
Земледелие сразу дало
человечеству независимость и надежность
существования и способствовало переходу к оседлости. Человечество стало
создавать с/х экосистемы, удовлетворяя свои потребности за счет
интенсивного использования ресурсов среды.
С/х
экологическая система - это природный комплекс,
преобразованный с/х деятельностью человека. Как и любые биокосные
системы, они имеют многоуровневую , иерархически обусловленную
организацию.
С/х экосистемой наивысшего ранга считается агросфера - глобальная
экосистема, объединяющая всю территорию Земли, преобразованную с\х
деятельностью человека.
Аграрный ландшафт - это экосистема, сформировавшаяся в результате
с/х преобразования ландшафта ( например, степного, таежного).
С\х экологич. система - экосистема на уровне хозяйства. Она включает
агробиогеоценоз, пастбищный и ферменный биогеоценоз. Агробиогеоценоз поле, сад, бахча, теплица, оранжерея. Пастбищный биогеоценоз - природное
или культурное пастбище, используемое для выпаса с/х животных.
Ферменный биогеоценоз - конюшня, коровник, свинарник, кошара, птичник,
животноводческий комплекс, зоопарк, виварий.
Несмотря на большое разнообразие с/х экосистем, всем им присущи те
особенности, которые
отличают их от природных экосистем и
искусственных экосистем.
2. Свойства с/х экосистем
1. Их питает энергия солнца,
2. Они нуждаются в дополнительном источнике энергии, повышающем
продуктивность. Эта энергия поступает в агроэкосистемы в виде энергии
топлива, тягловой силы животных и труда человека ( это семена, горючее,
сельскохозяйственная техника, удобрения, пестициды, дополнительные
корма животным, химические добавки к кормам).
3. Биоразнообразие в агроэкосистемах уменьшено человеком. Они
отличаются доминированием одного или нескольких избранных видов
(сортов растений, пород животных). Традиционно
сложились
агроэкосистемы с определенным набором возделываемых культур. Из
общего числа видов культурных растений, а их 80, интенсивно человек
использует только 2 десятка, причем 85% их площадей принадлежат
злаковым и бобовым (демонстрационная таблица 1 «Набор доминирующих
культурных растений
агросферы»). Количество энергии, получаемой
человечеством от с\х культур, соответствует приведенной структуре
посевных площадей (демонстрационная таблица 2). Объем мирового
производства в 2007 г. в агросфере представлен
в таблице 3
(демонстрационная табл.3).
Итак, в сельскохозяйственных экосистемах спектр видов растений и
животных обеднен. Такие биогеоценозы называют малокомпонентными.
4. Малокомпонентность - один из признаков с\х экосистем.
При малокомпонентности очень легко нарушаются природные
механизмы саморегуляции и оптимизации экологической обстановки.
Поэтому агроэкосистемы начинают губительно воздействовать на
окружающую среду и, в первую очередь на плодородие почвы. Гармоничное
взаимодействие нарушается, происходят экологические катастрофы. Из
истории известны такие случаи, когда деградировали и опустынивались
почвы, исчезали водоемы и изменялся климат. Но раньше подобные случаи
были довольно редки и во многом благодаря существующим системам
земледелия: подсечно-огневой и залежно-переложной. При подсечно-огневой
системе проводят сжигание леса и на покрытых золой территориях высевают
культуру. Спустя ~10 лет в умеренном поясе и 2-3 года в тропиках почвы
истощаются. Землю забрасывают и начинается вторичная сукцессия.
Возобновляемая растительность способствует восстановлению почвенного
плодородия и земли вновь вовлекаются в с\х оборот. У некоторых племен эта
система существует до сих пор.
Такую систему сменила залежно- переложная. После 5-10 летнего
использования поля превращаются в залежь и затем в целину. Происходит
постепенное восстановление почвенного плодородия и освобождение
участка от сорняков. Они, например, не могут конкурировать со степными
злаками. Эту систему применяют и сейчас, например, в низовьях Волги на
бахчах арбузов, при этом борются с заразихой.
Современные системы земледелия обострили все существующие
экологические проблемы. В первую очередь в структуре с\х предприятия
обычно нет гармоничного развития
отраслей растениеводства и
животноводства, поэтому нарушаются потоки вещества в триаде продуцент
- потребитель - редуцент. Продукция растениеводства, произведенная в
данной экосистеме, должна быть передана в животноводческую отрасль, а
отходы животноводства (обычно в виде навоза ) вывозится на поля и в сады.
Тогда существует обратная положительная связь: растениеводство дает
большую фитомассу для кормления животных и восстанавливается
плодородие почвы. В таком хозяйстве увеличивается производство зерна,
овощей и плодов, корнеплодов, мяса, молока, яиц, шерсти и др. Но такая
гармония сохраняется крайне редко.
5. В агроэкосистемах преобладающие в сообществе растения и
животные подвергаются искусственному, а не естественному отбору. В
растениеводстве искусственный отбор стал целенаправленным с конца 18
века, и долгое время имел одну цель: получение высоких урожаев. Однако
селекция на повышение продуктивности имеет и свою отрицательную
сторону: благодаря ей формы и виды растений, устойчивые к вредным
организмам, заменились восприимчивыми. В итоге мы вынуждены платить
дань вредным организмам, исчисляемую 20-40% биологического урожая
культивируемых растений, или применять пестициды, работающие против
всего живого по принципу бумеранга.
Что касается домашних животных, то к негативным последствиям
разведения их в домашних условиях можно отнести сильную зависимость от
искусственных условий обитания. При такой зависимости перестает
действовать естественный отбор и слабые животные не вымирают. Эти
генетически неполноценные животные поставляют свои «отрицательные»
гены в популяцию. Постепенно порода вырождается.
6. Шестая особенность агроэкосистем - это то, что управление
агроэкосистемой ведется извне и подчинено внешним экономическим целям.
Т.е. агроэкосистемы полностью зависят от среды на входе и среды на выходе.
Природная
система
является,
наоборот,
саморегулирующейся.
Ресурсозатратны абсолютно все агроэкосистемы. Но при этом на управление
разными типами агроэкосистем требуются неодинаковые ресурсы: от
высоких затрат до самых низких. Высокий уровень затрат означает, что
человек создает гомогенный (однородный) ландшафт и при этом
поддерживает его в неменяющемся состоянии.
Например, зерносеющие хозяйства на своих площадях много лет
выращивают 1-2 доминирующие культуры. Затрачиваются средства на
восполнение плодородия, влажности почвы, борьбу с накапливающимися
вредными организмами. Иными словами, необходимо все время снимать
лимитирующие факторы, направляя на них дополнительную энергию.
Схематично уровень затрат можно изобразить линейной шкалой
(демонстрационный рисунок 1 «Зависимость между интенсивностью
антропогенного фактора (уровенем затрат) и структурой ландшафта»).
7. В агроэкосистемах происходит постепенное и постоянное ухудшение
качества природной среды. Причина этого в постоянном возделывании на
громадных площадях пашни ограниченного набора растений, что
значительно изменяет окружающую среду и природные условия: воду, почву
и т.д. Например, окультуренные почвы меняют биологические и физикохимические свойства (накапливаются болезнетворные микроорганизмы,
может развиться почвоутомление). В почве начинаются процессы
деградации, эрозия, вследствие отчуждения фитомассы замедляется
почвообразовательный процесс. Вследствие мелиоративных работ
изменяется водный режим. Окультуренные земли лучше отвечают нашим
запросам, и мы постоянно увеличиваем на них энергетическую нагрузку в
соответствии с законом убывающего плодородия. Нагрузка на природу резко
ухудшает ее качество. При этом ухудшение качества среды прямо
пропорционально снижению биологической продуктивности растений.
8. В с\х экосистемах пищевые цепи вовлечены в сферу деятельности
человека. В них изменена экологическая пирамида: на ее вершину встал
человек. Своеобразие экологической пирамиды - это специфический признак
с\х экосистем. Чтобы увеличить поток органического вещества к вершине
пирамиды, человек оказывает влияние на условия питания растений и
животных. Разработаны специальные технологии подкормки с\х растений ,
луговых трав, садово-ягодных и фруктовых растений. Предложены режимы
кормления домашних животных в условиях пастбищного и стойлового
содержания.
9. Распределение энергии в агроэкосистеме соответствует
развивающейся стадии сукцессии. Необходимо вспомнить, что прежде чем
достичь динамического равновесия или стадии климаксового сообщества
природные экосистемы проходят несколько стадий сукцессии со сложным
взаимодействием флоры, фауны и микроорганизмов. В зрелой и
развивающейся стадиях сукцессии разные способы распределения потока
энергии и соответственно вещества. Способ распределения потока энергии
на ранних стадиях сукцессии иллюстрирует цель современного сельского
хозяйства.
Демонстрируется рисунок 2 «Противоположные пути распределения
энергии в развивающейся и зрелой системах как пример основного
конфликта между стратегией при- роды и стратегией человека».
10. Сельскохозяйственным экосистемам свойственна разомкнутость
биотического круговорота. Это связано с особенностями организации с/х
экосистем, структурой и ролью. Основная их роль - снабдить население
продуктами растениеводства и животноводства. Эту задачу можно решить
только за счет вывоза вещества за пределы экосистемы. Подсчитано, что
только 1/4 часть химических элементов (Э), изъятых растениями из почвы с
урожаем, обычно используется в данном ландшафте. Большая часть Э
мигрирует за пределы экосистемы, в основном в искусственные экосистемы
(питание горожан, сырье для промышленности). То же самое относится и к Э
зоомассы. Они поступают с фекалиями людей в канализацию и вовлекаются
большей частью в геологический круговорот. Нарушается биотический
круговорот и в результате притока в с/х экосистемы минеральных удобрений
и пестицидов.
В заключение подытоживаются названные в ходе лекции особенности
агроэкосистем.