Агроценоз як екосистема. 2 страница

Значно змінився склад птахів, і тепер можна зустріти вівчарика-ковалика, синицю чубату, повзика та чижа, на зиму прилітає шишкар ялиновий та снігур. У старих ялинових лісах поселяють­ся круки. У місцях скупчення шкідників можна помітити дроздів.

Увесь процес зміни часто проходить за період життя лише одного покоління дрібнолистяних порід, тобто протягом 60-80 років. Ще швидше (за 40-60 років) може пройти зміна вільхових лісів.

Прикладом заміни не достатньо збалансованої системи може бути заростання водойми.

Внаслідок нестачі кисню у придонних шарах води частина органічної речовини залишається неокисленою і не використовується у подальшому кругообігу. У глибоких місцях залишки планктону відкладаються на дні і утворюють дрібнозернистий мул. У прибережній зоні накопичуються залишки водяних рослин, утворюючи торф'яні відклади. Водойма міліє, чому сприяє також відкладання глини та піску, які потрапляють з водозабірної плоші.

Прибережна водяна рослинність розміщується ближ­че до центру водойми, утворюючи торф'яні відклади. Озеро поступово перетворюється на болото. Зникають риби та планктон відкритих ділянок. Багато видів рослин та тварин замінюються іншими, більш пристосова­ними до умов болота. Оточуюча наземна рослинність поступово пере­мішується на місце водойми. Залежно від місцевих умов тут може виникнути осокова лука, ліс, або інший тип біогеоценозу.

У процесі сукцесії у більшості випадків утворюється клімаксна екосистема. У цих екосистемах можна виділити один або декілька видів – кодомінантів, що добре простежується на прикладі широколистяного лісу, де у ролі домінантів і кодомінантів можуть виступати дуб, клен та ясен.

Під час сукцесії може підвищуватись продуктивність угруповання аж до стадії клімаксу. Дані чисельних досліджень показують, шо на пізніх стадіях сукцесій продуктивність дійсно зростає, хоча при переході до клімаксного угруповання у більшості випадків спостерігається зниження загальної продуктивності. Таким чином, продуктивність у старих лісах нижча, ніж у молодих, які у свою чергу можуть мати нижчу продуктивність, ніж багаті видами яруси трав'янистих рослин, які їм передували.

Стосовно біомаси, то можна сказати, шо сукцесії ведуть до максимального накопичення біомаси. У міру проходження сукцесії все більша доля доступних пожив­них речовин накопичується у біомасі угруповання і, відповідно, змен­шується їх вміст в абіотичному компоненті екосистеми (грунт або вода).

Збільшується також кількість утвореного детриту і головними первинни­ми консументами стають не травоїдні, а детритоїдні організми. Відповідні зміни відбуваються і у трофічних сітках, де детрит стає головним джере­лом поживних речовин.

Виділяють два типи сукцесії:первиннутавторинну (рис.7).

Сукцесія, яка починається на голих скельних масивах називається первинною сукцесією. Утворення грунту може проходити у результаті ерозії

Рис.7. Ставки і озера поступово заповнюються відкладеннями і заростають, зливаючись з оточуючим середовищем.

поверхні материнської породи під дією кислот, які виділяються лишайниками, або ж замерзання та відтавання вологи, яка накопичилась у тріщинах, шо викликає рупнування породи. Відмираючі лишаиннки, крім того, вносять у новоутворений грунт органічні речовини, а мохи здатні закріплюватися на дуже тонкому шарі залишків лишайників або мінерального пилу.

У міру руйнування породи мохами і накопичення в грунті мертвих матеріалів стає можливим проростання та ріст дрібних рослин. Вони дають початок новій сукцесії.

Вторинні сукцесії є відновлюючими змінами. Вони починаються у тому випадку, якшо виникають на грунті, який залишився після первинного клімаксного угруповання.

На будь-якій частині землі можна знайти які-небудь маленькі плями, де проходить сукцесія, викликана порушеннями існуючого стану: це може бути, наприклад, невелика освітлена сонцем пляма, яка з'явилася у результаті падіння великого дерева.

У першу чергу сюди направляються рослини-піонери – бур'яни, які дадуть початок сукцесії «занедбаного поля» у мініатюрі. Подібні явища можна спостерігати на луках, де довгий час лежить камінь. Якщо його забрати, то можна спостерігати за вираже­ними змінами видового складу рослин та тварин.

Через певний час видовий склад рослинності новоутвореної плями буде відповідати видо­вому складу оточуючих луків.

5. Причини виникнення екологічних сукцесій та їх наслідки.

Зміна біогеоценозу проходить у результаті змін середовиша, які можуть бути викликані зовнішніми або внутрішніми причинами. Якщо дія факторів, які приводять до корінних змін характеру середовища, і, як наслідок, до зміни угруповання воно може довго існувати у зміненому стані, не відновлюючись до вихідного типу. Значні зміни угруповань базуються і є результатом малих змін, які, як правило, є кількісними змінами.

В основі зміни біогеоиенозів лежить незавершеність біологічного круго­обігу у даному угрупованні. Кожний живий організм у результаті життє­діяльності змінює оточуюче його середовище, забираючи з нього частину речовини і вносячи у нього продукти метаболізму. При більш або менш довгому існуванні популяцій вони змінюють своє оточення у несприят­ливий бік і в результаті витісняються популяціями інших видів, для яких дані зміни середовища є екологічно сприятливими.

Таким чином в угрупованні проходить зміна переважаючих видів. Тривале існування біоценозу можливе лише у тому випадку, якшо зміни середовиша, які викликані діяльністю одних організмів, точно компенсується діяльністю інших з протилежними екологічними вимогами.

Зміна біогеоценозів у природі різномасштабна. Її можна спостерігати у пробірках з сінним настоєм, де змінюються лише різні види мікроор­ганізмів і найпростіших; калюжах та ставках; в одній і тій же порції листового опаду у лісі; на стовбурах відмираючих дерев; у пеньках; на кротовинах; викидах з нір ховрахів; заростаючих мілинах; скелях, які піддаються ерозії; на занедбаних пасовишах; луках; у лісах тощо.

Процес зміни біогеоиенозів, за Ф. Клементсом, складається з декіль­кох етапів:

- виникнення незайнятої життям ділянки;

- міграція на неї різноманітних організмів або їх зачатків;

- приживання організмів на новому місці;

- конкуренція між собою і витіснення окремих видів;

- перетворення живими організмами середовиша життя;

- поступова стабілізація умов та взаємовідносин.

У даний час практично вся доступна для життя поверхня планети зайнята різноманітними угрупованнями, тому виникнення вільних від живих істот ділянок має локальний характер. Це або місця, які звільни­лись у результаті відсування льодовиків, відступання води у водоймах, або ж це – прямий наслідок діяльності людини.

Усі природні екосистеми, які сформувалися протягом тривалого істо­ричного часу, характеризуються досить великою стійкістю. Для них існує ряд закономірностей формування і стійкого існування. Ці головні еко­логічні принципи розповсюджуються на усі місцеіснування Землі; вони показують, що з усієї різноманітності видів і окремих факторів складаєть­ся певне ціле, яке підпорядковане строгим законам.

Перший принцип був встановлений Августом Тіннечаном. Він гласить: чим більш різноманітні умови біотопа, тим більше число видів у біоценозі. Добрим прикладом може служити тропічний ліс: надзвичайно велика кількість екологічних ніш у різних ярусах рослинного покриву та грунту, різноманітність видів рослин і рівний без коливань клімат, призводять до того, що у цьому місцеіснуванні живе найбільше число видів тварин.

Тисячі видів комах і багато десятків видів жуків живуть поряд, займаючи кожний свою екологічну нішу, існуючи одночасно. І, навпаки, у дуже одноманітних і постійних місцеіснуваннях, таких як грунтові води, глибоководні зони океанів, пустелі, у небагатьох нішах існує небагато видів, хоча чисельність особин окремого виду може бути досить висока.

Другий принцип також сформульований Августом Тіннеманом: чим більше умови біотопа відхиляються від норми і від властивого організмам оптимуму, тим бідніший видами і специфічніший біоценоз (тим більша чисельність окремих видів).

«Відхилення від норми», про які йде мова, характерні для тих біотопів, де умови клімату далекі від сприятливих: солоні озера, гарячі джерела, бідні на кисень глибини озер, а також полярні льодяні пустелі і високогір'я. Розповсюджується це і на місцеіс­нування, які зруйновані людиною: забруднені водойми та індустріальні ландшафти. Вони зберегли незначні залишки вихідної фауни і флори.

Третій екологічний принцип сформулював Г. Франц: чим більш плавно змінюються умови середовища у біотопі, чим більш тривалий час він залишається незмінним, тим багатший видами біоценоз, тим він більш зрівноважений і стабільний. Тому старі клімаксні угруповання найбільш різноманітні і стабільні. Коралові рифи, вологі тропічні ліси, печери, стародавні озера (Байкал), є наочними прикладами прояву цього еколо­гічного принципу.

Четвертий принцип сформульовано Й. Іллієсом: близькоспоріднені види, як правило, не зустрічаються одночасно в одному і тому ж місці, тобто не займають однакові екологічні ніші всередині біотопа, тому багаті видами роди, звичайно, представлені у біоценозах тільки яким-небудь одним видом.

Цей принцип відбиває другу аналогічну закономірність – кожний біотоп «насичений» обмеженою кількістю екологічних ніш, у кожній з яких може існувати тільки один вид з певним типом пристосування.

6. Агроценоз як екосистема.

Агроекосистеми – це територіальні комплек­си сільськогосподарського використання, до складу яких входять біогенні та абіогенні компоненти. До складу агроекосистеми входить і людина, яка зна­ходиться на вершині її енергетичної піраміди. До агроекосистем можна віднести поля сільськогосподарських рослин, штучні пасовища, городи, сади, виноградники, плантації лісу, захисні та лісові насадження. Угрупован­ня рослин ітварин, штучно створювані людиною у морському і прісноводному середовищі, можна також віднести до агроекосистем.

Основа агроекосистем – штучний біоценоз, у деяких випадках доповнений угрупованнями птахів і ссавців (фазанів, куріпок, комахоїдних і хижих птахів, зайців), земноводних (жаб), комах-запилювачів (бджіл, джмелів) тощо, які корисні для існування агроекосистеми і тому приваб­люються людиною.

Якість агроекосистем, як і природних біоценозів, залежить від умов середовища – грунту, грунтової і атмосферної вологості, грунтових мікроорганізмів. У порівнянні з природними біоценозами, вони мають обмежений склад рослинних і тваринних компонентів і в них слабко виражена здатність до саморегулювання. Однак їх біологічна продуктивність, яка задається людиною, як правило, вища ніж у природ­них біоценозів.

Агроекосистеми займають приблизно 1,2 млрд га і дають людству близько 90 % харчової енергії. Екологічна стійкість агроекосистем неве­лика. Без участі людини агроекосистеми зернових і овочевих культур існують не більше року, багаторічних трав, деяких ягідних рослин – 3-4 роки, плодових культур – 20-30 років. Потім вони розпадаються чи відмирають. Лісові культури, залишені без турботи і уваги людини, поступово «дичавіють» і перетворюються на природні біоценози. Агрекосистеми за своєю структурою характеризуються незначною кількістю видів, але високою їх чисельністю.

В ідеалі, умови, яким повинні відповідати поля сільськогосподарських культур – бути високопродуктивними і разом з тим стабільними, – з екологічної точки зору, несумісні. У природних екосистемах первинна продукція рослин споживається в багаточисельних ланцюгах живлення і знову повертається у вигляді солей і вуглекислого газу в систему біологічного кругообігу. Захищаючи Врожай від його природних споживачів, відділяючи його і змінюючи природний опад органічними і мінеральними добрива­ми, ми обриваємо багато ланцюгів живлення.

По суті всі зусилля по створенню високоякісної продукції окремих культур на користь людини є боротьба «проти природи», яка вимагає великих затрат праці і матеріальних ресурсів.

Агроекосистеми виступають велетенською лабораторією, де людина вчиться використовувати окремі системи, керувати продуктивним проце­сом і кругообігом речовин, регулювати чисельність популяцій.

Усі штучно створювані в сільськогосподарській практиці екосистеми полів, садів, пасовищних луків, теплиць та ін. є системами, які спеціально підтримуються людиною на початковому етапі. Агроекосистеми не здатні до самовідтворення і саморегуляції, піддаються загрозі загибелі від масо­вого розмноження шкідників чи хвороб. Вони потребують постійної діяльності з боку людини по їх підтриманню.

Висока чисельність рослин одного виду на значних площах може призвести до того, що комахи, які харчуються цими рослинами, які в природних біоценозах зустрічаються рідко, дуже розмножаться і стануть небезпечними шкідниками вирощуваних культур. Наприклад, буряковий довгоносик на природних луках живиться нечисельними видами рослин родини бурачникових, не завдаючи їм значної шкоди. Положення докорінно змінилося, коли був введений цукровий буряк, зайнявши величезні плоші. Буряковий довгоносик перетворився на масового шкідника однієї з найважливіших сільськогосподарських культур.

У агроекосистемах частіше всього проходять «екологічні вибухи», як назвав Ч. Елтон надмірне збільшення чисельності окремих видів.

Наслідки цих «вибухів» можуть бути суттєвими для сільського і лісового господарства.

Так, розповсюдження патогенного грибка фітофтори з Європи в Ірландію, в минулому столітті, зіпсувало весь урожай картоплі, шо викликало сильний голод. У Франції більше 1 млн. га виноградників довелося винищити внаслідок розмноження кореневої попелиці – філоксери. Колорадський жук – небезпечний шкідник картоплі за 20 років минулого століття, починаючи з 1859 р. розповсюдився в Америці до Атлантичного океану, а з 1920 р. успішно просувається від західних берегів Європи на схід, захопивши в наш час значну частину європейської території країн колишнього СРСР.

Подавляючи чисельність шкідників хімічними засобами, окрім забруднення середовища і включення отрут у ланцюги живлення, часто викликаємо так званий «бумеранг-ефект»: вслід за появою чисельності шкідника швидко виникає новий, ще більш потужний спалах. Застосу­вання отрутохімікатів сильніше впливає на природних ворогів шкідника, ніж на його власні популяції. Внаслідок цього наступні покоління повністю звільняються з-під впливу паразитів та хижаків і здійснюється їх масове розмноження. У ланцюзі з трьох ланок:

культурна рослина – шкідник – паразит;

підвищення чисельності продукції рослин може спричинити зміни чисельності як у другій ланці, так і у третій. Саме цей взаємовплив у ланцюгах використовується при розробці біологічних методів боротьби з шкідниками.

Але в агроекоспстемі виникає замкнене коло: дія відтворення природним шляхом біологічних отримувачів розмноження шкідників слід на тривалий час відмовитись від хімічних засобів захисту рослин, а це не можливо, тому шо чисельність шкідників досягне критичного рівня і вони знишать урожай.

З екологічних позицій надзвичайно небезпечно спрощувати природне оточення людини, перетворюючи весь ландшафт у агрогосподарський. Основне завдання по створенню високопродуктивного і стійкого ланд­шафту полягає в примноженні його різноманітності.

«Якщо дика природа відступає, – писав Ч. Елтон, – ми повинні навчитися передавати частину її вартості і багатства ландшафтам тих земель, з яких ми знімаємо наш врожай». Поряд з підтриманням високоп­родуктивних полів слід особливо потурбуватись про збереження якомога більше різноманітних заповідників, які не підвладні посиленій агропромисловій дії ділянок різного масштабу, з великою видовою різноманітністю, які могли б бути джерелом видів для відновлення угруповань.

Експлуатація цінних для людини природних систем не повинна перевищувати їх здатності до самовідновлення. Аграрний ландшафт повинний мати якомога різноманітніший видовий склад, чому, як правило, значно сприяють лісополоси довкола полів, живі огорожі і переліски.

При створенні штучних біоценозів людина широко застосовує різноманітні агроприйоми: сівбу високопродуктивних трав, меліорацію, внесення мінеральних і органічних добрив, різноманітні способи обробки грунтів, інколи штучне зрошення тощо.

Агроекосистеми, створювані людиною для одержання високої чистої продукції автотрофів (урожаю), відрізняються від природних рядом особливостей:

1. У них різко знижена різноманітність організмів. На полях культи­вують один або небагато видів рослин, в зв'язку з чим різко збіднюється тваринне населення та склад мікроорганізмів у біоценозі. Випас тварин також сильно спрощує видову структуру пасовищних угруповань. Культурні пасовища з підсівом трав наближаються за цим показником до полів сільськогосподарських культур. Видова різноманітність тварин, які розводить людина, у порівнянні з природним також мала.

2. Види, які культивує людина, підтримуються штучним добором у стані далекому від початкового, і не можуть витримати боротьбу за існування з дикими видами без підтримки людини.

3. Агроекосистеми одержують додатковий потік енергії, окрім сонячної, завдяки діяльності людей, тварин, і механізмів, шо забезпечують необхідні умови росту видів, які культивуються. Врожай видаляється з екосистеми і не поступає у ланцюги живлення.

Агроекосистеми відносяться до числа створюваних людиною (антропогенних, синантропних) екосистем. До цієї групи відносяться також міські і промислові екосистеми, однак між ними і агроекосистемами є істотна відмінність. У агроекосистем основним джерелом енергії є соняч­не світло, яке фіксується рослинами і даті використовується гетеротроф­ними організмами (консументами, редуцентами), що харчуються живою чи мертвою органічною речовиною рослин і тварин.

Антропогенна енергія, яка додатково вводиться в агроекосистему при обробітку грунту, затрачається на виробництво техніки, добрив і пестицидів, залишає мізерно малу кількість у порівнянні з величиною використовуваної сонячної енергії – лише долі відсотка.

Таким чином, агроекосистеми, як і природні екосистеми лісів, степів і водойм, є автотрофними. Міські і промислові екосистеми, навпаки, гетеротрофні, причому в них використовується енергія вичерпних ресурсів – нафти, газу, енергія АЕС тошо.

Міські екосистеми тісно пов'язані з агроекосистемами: місто поставляє сільському господарству «зв'язану-антропогенну енергію» у формі хімічних засобів, техніки і одержує від агроекосистеми продукти харчування і рослинну сировину, частка якої, після переробки повертається в агроеко­систему. Крім цього, місто надає негативний вплив на агроекосистеми, особливо на близько розташовані до нього (у радіусі 10 км), забруднюючи грунт атмосферними викидами, стічними водами.

Автотрофний характер екосистем обумовлює їх структурну схожість з природними екосистема­ми. В агроекосистемах також функціонують блоки продуцентів (культурні рослини, рослини пасовиш, лісів, садків, лісосмуг тошо), консументів (сільськогосподарські тварини, спонтанна, тобто в більшій чи меншін мірі незалежна від людини фауна) і редуцецтів (комплекс ґрунтових організмів). Однак агроекосистеми значно відрізняються від природних екосистем за ступенем замкнутості циклів циркуляції мінеральних і органічних речовин, за структурою гетеротрофних компонентів, за фор­муванням гумусу тошо.

У зв'язку з тим, шо головною складовою частиною агроекосистем є рослинні організми, то нові сорти культурних рослин повинні відповідати певним екологічним вимогам і мати такі властивості:

- висока екологічна пластичність, тобто здатність давати врожай (хоча б середній) у широкому діапазоні коливань кліматичних умов;

- гетерогенність популяцій, тобто наявність у їх складі рослин, які розрізняються за деякими ознаками (коливання у терміні цвітіння, висота, глибина розташування кореневої системи, стііікість до посухи тошо);

- скоростиглість, тобто здатність до швидкого розвитку, що виперед­жає розвиток бур'янів;

- інтенсивність, тобто здатність активно реагувати на поліпшення умов вирощування (за високого генетичного потенціалу продуктивності сорту»;

- оптимальна доля корисної фракції, тобто власне врожаю (бульб, зерна тощо) у загальній продукції;

- стійкість до грибкових та інших захворювань;

- менша враженість культур комахами.

Безперечні переваги агроценозів перед штучними біоценозами – виробництво корисних і необхідних продуктів (речовин) і необмежені потенційні можливості збільшення продуктивності. Однак вони реалізуються лише при постійній турботі про родючість землі, забезпеченні рослин вологою і охороні культивованих популяцій, сортів рослин і порід тварин від несприятливої дії дикої флори і фауни.

Питання для самоконтролю

1. Що таке синекологія?

2. Що таке біоценоз? Якими показниками він характеризується?

3. Якою може бути структура біоценозу?

4. Що таке біогеоценоз і екосистема?

5. Які властивості біогеоценозу?

6. Що таке сукцесії? Якими вони бувають?

7. Охарактеризуйте агроекосистему.

8. Чим відрізняється агроекосистема від міської екосистеми?

9. Які причини виникнення екологічних сукцесій?

10. Що таке агроценоз, агроекосистема?