Упрощённые цепи питания, дополнительная энергия, незамкнутый круговорот веществ, необходимость агротехнических мероприятий
Понятие агроэкосистемы
Агроэкосистема (агроценоз) — это искусственно созданное и поддерживаемое человеком сообщество организмов, возникающее на месте естественной экосистемы в результате сельскохозяйственной деятельности: пахотное поле, сад, огород, пастбище, теплица. Как и природная экосистема, агроэкосистема включает продуцентов (культурные растения и сопутствующие сорняки), консументов (вредители, сельскохозяйственные животные, почвенные животные) и редуцентов (почвенные бактерии и грибы), связанные потоками вещества и энергии. Однако структура и функционирование агроэкосистемы принципиально отличаются от природной экосистемы, поскольку определяющую роль в ней играет человек.
Упрощённые цепи питания и видовая структура
Важнейшая особенность агроэкосистемы — крайне низкое видовое разнообразие, обусловленное преднамеренным выращиванием монокультуры (одного вида или сорта растения на больших площадях). В природной экосистеме, например на естественном луге, растёт множество видов растений, что обеспечивает сложную, разветвлённую пищевую сеть. На пшеничном же поле фактически единственным доминирующим продуцентом выступает пшеница, а число видов консументов (насекомых-вредителей, птиц) и редуцентов искусственно ограничено человеком (прополкой, обработкой пестицидами). В результате пищевые цепи в агроэкосистеме короткие и линейные, а не разветвлённые в сложную сеть, что делает систему крайне уязвимой: вспышка численности одного вредителя (например, колорадского жука) способна нанести огромный урон, поскольку естественных регуляторов его численности (хищников, паразитов) в упрощённом сообществе недостаточно.
Дополнительные источники энергии
В природной экосистеме единственным источником энергии служит солнечный свет. Агроэкосистема же, помимо солнечной энергии, получает значительное количество дополнительной антропогенной энергии: энергию топлива для сельскохозяйственной техники (вспашка, посев, сбор урожая), энергию, затраченную на производство минеральных удобрений и пестицидов, энергию ирригации (искусственного полива), а также энергию человеческого и животного труда. Эта дополнительная «субсидируемая» энергия позволяет агроэкосистеме давать значительно бóльшую продуктивность культурных растений на единицу площади, чем дала бы естественная экосистема на том же участке, — но только до тех пор, пока приток этой энергии поддерживается человеком.
Незамкнутый круговорот веществ
В природной экосистеме биогенные элементы (углерод, азот, фосфор, калий и др.) совершают практически замкнутый круговорот: отмершие растения и животные разлагаются редуцентами, а высвобождающиеся минеральные вещества вновь усваиваются растениями. В агроэкосистеме этот круговорот разомкнут: значительная часть биомассы (урожай — зерно, плоды, корнеплоды) ежегодно изымается человеком с поля и вывозится за пределы экосистемы для потребления, а вместе с ней безвозвратно выносятся и накопленные растением минеральные элементы. Если не восполнять эти потери, почва агроэкосистемы неизбежно истощается, а её плодородие падает из года в год.
| Признак | Природная экосистема | Агроэкосистема |
|---|---|---|
Видовое разнообразие | Высокое, сложные пищевые сети | Низкое, монокультура, упрощённые цепи |
Источник энергии | Только солнечная энергия | Солнечная энергия + дополнительная антропогенная (топливо, удобрения) |
Круговорот веществ | Практически замкнутый | Разомкнутый (вынос биогенных элементов с урожаем) |
Устойчивость и саморегуляция | Высокая, способна к саморегуляции | Низкая, требует постоянной поддержки человеком |
Направление отбора | Естественный отбор | Искусственный отбор (по продуктивности, качеству, вкусу) |
Способность к самовосстановлению | Восстанавливается через сукцессию | Без ухода быстро деградирует и зарастает сорняками |
Низкая устойчивость агроэкосистем
Из-за упрощённой структуры и обеднённого видового состава агроэкосистемы обладают значительно более низкой устойчивостью и способностью к саморегуляции, чем природные экосистемы. Если прекратить агротехнический уход за полем (прополку, внесение удобрений, обработку от вредителей), оно не сохранится в исходном виде, а начнёт закономерно превращаться в природное сообщество через вторичную сукцессию: культурные растения вытесняются более конкурентоспособными в данных условиях дикорастущими видами (сорняками), а впоследствии — кустарниками и деревьями. Таким образом, агроэкосистема — это сообщество, искусственно удерживаемое человеком на определённой (обычно ранней) сукцессионной стадии вопреки естественной тенденции к развитию в сторону климакса.
Необходимость агротехнических мероприятий
Для компенсации перечисленных особенностей агроэкосистемы и поддержания её продуктивности человек вынужден постоянно проводить комплекс агротехнических мероприятий. К важнейшим из них относятся: севооборот — чередование культур на поле по годам, предотвращающее одностороннее истощение почвы и накопление специфичных вредителей и возбудителей болезней; внесение органических и минеральных удобрений для восполнения выносимых с урожаем биогенных элементов; борьба с сорняками и вредителями (механическая, биологическая, химическая); мелиорация — искусственное регулирование водного режима почвы (орошение засушливых земель или осушение переувлажнённых); противоэрозионные мероприятия (полезащитные лесополосы, безотвальная обработка почвы, контурная вспашка на склонах), предотвращающие смыв и выдувание плодородного слоя почвы.
Экологические проблемы агроэкосистем
Интенсивное сельскохозяйственное использование земель при несоблюдении агротехники ведёт к целому ряду экологических проблем: эрозии почв (водной и ветровой), снижению содержания гумуса и деградации плодородия, засолению почв при неправильном орошении, загрязнению почвы и водоёмов избыточными удобрениями и пестицидами (что вызывает, в частности, эвтрофикацию водоёмов — их зарастание из-за избытка биогенных элементов), а также сокращению биологического разнообразия на прилегающих территориях. Поэтому современное сельское хозяйство всё активнее опирается на принципы рационального природопользования: точное земледелие (дозированное внесение удобрений по фактической потребности), биологические методы защиты растений (использование естественных врагов вредителей вместо химических пестицидов), сохранение лесополос и природных участков внутри агроландшафта для поддержания биоразнообразия и естественной регуляции численности вредителей.
Типичные ошибки
Распространённая ошибка — считать, что агроэкосистема принципиально не подчиняется экологическим законам, действующим в природе; на самом деле в ней действуют те же закономерности потока энергии, круговорота веществ и трофических взаимодействий, но человек искусственно изменяет их баланс. Другая ошибка — путать понятия «незамкнутый круговорот веществ» и «отсутствие круговорота вообще»: круговорот в агроэкосистеме частично сохраняется (например, пожнивные остатки, солома, навоз при их возврате на поле), но значительная доля веществ безвозвратно выносится с товарной продукцией, что и делает круговорот неполным. Также ошибочно полагать, что дополнительная энергия в агроэкосистеме — это только «топливо для тракторов»: к ней относится вся энергия, вложенная человеком, включая энергозатраты на производство удобрений, пестицидов и на ручной труд.
Краткий словарь терминов
Агроэкосистема (агроценоз) — искусственно созданное и поддерживаемое человеком сообщество организмов сельскохозяйственного назначения.
Монокультура — выращивание одного вида (сорта) растения на больших площадях без чередования с другими культурами.
Севооборот — научно обоснованное чередование сельскохозяйственных культур на одном поле по годам.
Мелиорация — комплекс мероприятий по улучшению земель (орошение, осушение, борьба с эрозией).
Незамкнутый круговорот веществ — вынос значительной части биогенных элементов из экосистемы вместе с урожаем.
Искусственный отбор — отбор человеком организмов по хозяйственно ценным признакам, определяющий состав культурных сортов и пород.
Заключение
Агроэкосистемы обеспечивают человечество продовольствием, но их упрощённая структура, зависимость от дополнительной энергии и разомкнутый круговорот веществ делают их неустойчивыми и требующими постоянного вмешательства человека. Сравнение агроэкосистем с природными экосистемами наглядно показывает цену, которую приходится платить за высокую сельскохозяйственную продуктивность, и подводит к более широкой теме — биосфере как глобальной экосистеме Земли, чьё устойчивое функционирование зависит от баланса естественных и антропогенно преобразованных территорий.
