*§ 49—2. Поле зерновых как пример агроэкосистемы. Пути повышения продуктивности агроэкосистем
- Вспомните, чем агроэкосистемы отличаются от природных экосистем.
- Как вы думаете? Почему поле с культурными злаками не может долго сохранять свой видовой состав, а видовой состав дикорастущих злаков луговой экосистемы длительное время остается постоянным?
- Вы узнаете об особенностях структуры агроэкосистемы на примере пшеничного поля, о разнообразии агроэкосистем и путях повышения их продуктивности.
| Сайт: | Профильное обучение |
| Курс: | Биология. 10 класс |
| Книга: | *§ 49—2. Поле зерновых как пример агроэкосистемы. Пути повышения продуктивности агроэкосистем |
| Напечатано:: | Гость |
| Дата: | Воскресенье, 19 Май 2024, 00:29 |
Поле зерновых как пример агроэкосистемы
Естественные биогеоценозы представляют собой системы, способные к саморегуляции. В них все вещества, потребляемые растениями, в конечном итоге возвращаются в почву.
В результате сельскохозяйственной деятельности человека формируются искусственные биогеоценозы — агроэкосистемы, которые по целому ряду признаков отличаются от природных экосистем (см. табл. *§49—1). Разнообразие живых организмов в них резко снижено для получения максимально высокой продукции (урожая), которую изымает человек. В результате значительная часть веществ выносится из системы с урожаем. Это нарушает естественный круговорот веществ и приводит к снижению плодородия почвы. В экологии такая закономерность называется «законом убывающего плодородия». Как противостоять этому закону?
Структуру и функционирование агроэкосистемы рассмотрим на примере пшеничного поля. Оно, как и природные экосистемы, характеризуется определенным видовым составом организмов и определенными связями и взаимоотношениями между организмами и средой обитания. Однако видовой состав растений и животных в нем обеднен, ведь малокомпонентность — один из признаков агроэкосистемы. Так, на пшеничном поле продуценты представлены пшеницей — доминирующей монокультурой и несколькими видами относительно малочисленных сорняков (чаще всего это пырей, василек, осот, овсюг).
На естественном лугу биологическое разнообразие продуцентов значительно выше, но биологическая продуктивность уступает засеянному пшеницей полю во много раз.
Консументы на пшеничном поле обычно представлены мелкими грызунами, которые кормятся за счет пшеницы, хищными животными, поедающими грызунов, растительноядными насекомыми-вредителями, хищными и паразитическими насекомыми, уничтожающими вредителей пшеницы.
Редуцентами являются беспозвоночные животные, грибы, протисты, бактерии, свободно живущие в почве или в контакте с корневой системой культурных и сорных растений.
Вышеуказанные функциональные группы организмов формируют трофическую структуру пшеничного поля, состоящую из пастбищных и детритных цепей. Однако, в отличие от естественной экосистемы, здесь пастбищные цепи короткие (2—3 звена), и обязательным звеном пищевой сети является человек, который обеспечивает высокую продуктивность пшеничного поля и влияет на биотические взаимоотношения между его компонентами.
Основными типами взаимоотношений в агроэкосистеме пшеничного поля являются: растительноядность, хищничество, паразитизм, внутривидовая и межвидовая конкуренция. Это отрицательные взаимоотношения, которые преобладают в молодых неустойчивых экосистемах, не способных к саморегуляции.
В целом следует еще раз отметить, что человек управляет агроэкосистемами, внося в них значительное количество дополнительной энергии (обработка почвы, полив, удобрения, пестициды) и влияя на их трофические уровни и среду обитания.
Разнообразие агроэкосистем и пути повышения их продуктивности
В настоящее время в результате хозяйственной деятельности человека сформировалось большое разнообразие агроэкосистем. Они существенно отличаются по масштабам, структуре и составу видов организмов в зависимости от целей их формирования. Основными типами агроэкосистем в Республике Беларусь являются: пахотные поля, сенокосы и пастбища, фруктовые сады, огороды, теплицы, фермы, пруды, курортно-санаторные зоны.
В агроэкосистемах между их компонентами, так же как и в естественных экосистемах, образуются разнообразные связи. При создании искусственных биогеоценозов необходимо более полно учитывать формы взаимоотношений, которые складываются между их компонентами. Например, посевы монокультурных растений в агроэкосистеме являются практически единственным источником питания для фитофагов. Питающиеся этими растениями насекомые, которые в естественных биогеоценозах встречались редко, могут сильно размножиться и стать опасными вредителями возделываемых культур, что нанесет большой ущерб урожаю. Британский эколог Ч. Элтон назвал чрезмерное увеличение численности отдельных видов «экологическим взрывом».
Например, долгоносик свекловичный на естественных лугах питался немногочисленными видами растений семейства Бурачниковых, не причиняя им большого вреда. Положение в корне изменилось, когда была введена в культуру сахарная свекла, занявшая огромные площади. «Безобидный» долгоносик свекловичный превратился в массового вредителя одной из важнейших сельскохозяйственных культур.
Естественное регулирование численности фитофагов за счет их естественных врагов-хищников в агроэкосистеме не всегда дает нужные результаты из-за их малочисленности. Отсюда в сельскохозяйственной практике применяется искусственное регулирование численности фитофагов за счет использования различных средств защиты.
Печально известна антиворобьевая кампания в Китае, когда было уничтожено около 2 млрд особей этих якобы наносящих вред урожаю зерновых птиц. А вслед за этим последовала вспышка размножения вредителей злаковых культур, которая нанесла по-настоящему серьезный урон земледельцам страны. Нередко ущерб, причиненный животными, уравновешивается приносимой ими пользой. Так, грачи при выкармливании потомства уничтожают вредителей сельскохозяйственных культур и в то же время могут наносить ущерб, повреждая всходы зерновых культур.
В сельском хозяйстве в изобилии применяют разнообразные химические средства защиты растений — пестициды. Большинство из них подавляет не только те виды, против которых применяются, но и их паразитов и хищников. В результате нарушаются имеющиеся в агроэкосистемах регуляторные связи. И химические средства борьбы, кроме загрязнения среды и включения в цепи питания, часто вызывают так называемый «бумеранг-эффект»: вслед за подавлением численности вредителя вскоре возникает новая, еще более мощная его вспышка.
В настоящее время, когда развитие земледелия не может идти по пути использования новых земель под сельскохозяйственные культуры, особенно остро встает проблема повышения продуктивности существующих агроэкосистем. Повышению продуктивности агроэкосистем способствует использование новых технологий выращивания сельскохозяйственных растений. Все более широкое применение получает индустриальная технология. Она характеризуется применением достижений селекции, агрохимии, растениеводства, использованием высокопроизводительной техники, которая работает с учетом биологических особенностей сельскохозяйственных растений и структуры почвы.
В целях сохранения плодородия земель проводят минимальное число обработок почвы, чтобы тяжелая техника не разрушала структуру почвы. Так, предпосевную обработку почвы совмещают с внесением высокоэффективных и быстро разлагающихся химических препаратов для уничтожения сорняков.
Институт овощеводства НАН Беларуси 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.
В современном экологически ориентированном сельском хозяйстве принимаются энергичные меры по восстановлению биологической основы плодородия почв, разрушенной интенсивной химизацией: в промышленном масштабе выпускаются препараты, обогащающие почву грибами, бактериями, водорослями (например, препарат «Биоорган-Форте» содержит более 500 млрд микроорганизмов в одном грамме). Появились и специальные биоорганические удобрения, обогащенные не только микроорганизмами, но и биокатализаторами. Речь идет по существу о развитии новой отрасли агрономической науки — биотехнологии гумуса.
Индустриальная технология требует выращивания на полях высокопродуктивных сортов и гибридов растений, предусматривает переход к органическому сельскому хозяйству (без применения минеральных удобрений) и получению экологически чистой продукции.
Важное направление современного сельского хозяйства — замена химических пестицидов на природные. Существует немало инсектицидных препаратов, основанных на растительных ингредиентах.
С колорадским жуком, многими вирусами, в том числе вирусом табачной мозаики, эффективно борются посредством опрыскивания растений настоем зеленого перца, иногда с чесноком или с табаком. Пудра из листьев папайи предохраняет кофейное дерево от ржавчины и других грибковых заболеваний. Немало растительных препаратов используются для сохранения урожая. Например, высушенные и измельченные листья картофеля, помещенные с клубнями в хранилища, уменьшают потери картофеля при хранении до 40 %.
Для нашей флоры известны многие десятки растений с инсектицидной активностью: лук, чеснок, живокость, ежовник, молочай, хрен, горчица, петрушка, багульник, белена, дурман и др.
Важнейшее условие применения индустриальной технологии — размещение (посев) сельскохозяйственных культур по лучшим предшественникам.
Например, предшественник кукурузы должен быть убран рано с поля, чтобы осенью можно было тщательно обработать почву, очистить поле от сорняков, обеспечить достаточный запас влаги в почве. Предшественник кукурузы не должен иметь общих с ней вредителей, возбудителей заболеваний. Этим требованиям удовлетворяют зернобобовые культуры, которые обогащают почву азотом, а также картофель.
Одно из условий получения высоких урожаев — своевременное проведение всех видов сельхозработ. Нельзя опаздывать с посевом семян, проведением агротехнических мероприятий по уходу за растениями, уборкой урожая.
Еще одно важное направление — специальное использование естественных врагов — паразитических или хищных насекомых, насекомоядных или хищных птиц, бактерий для подавления численности вредителей. Наездники и яйцееды — помощники человека в борьбе с вредителями сельского хозяйства.
Отказ от монокультур и переход к поликультурам (совместное выращивание нескольких культур) позволяет обеспечить неуязвимость полей при воздействии насекомых, клещей, грибковых и вирусных заболеваний в опасных для урожая масштабах. В таких сложных экосистемах взаимосвязь видов такова, что постоянно высокая численность какого-либо одного вида невозможна. Кроме того, в поликультурах практически отсутствует почвоутомление. Углубленное изучение межвидовых взаимоотношений в таких создаваемых человеком фитоценозах должно вскрыть большие резервы повышения урожайности сельскохозяйственных культур без применения химических средств защиты растений.
Биологическое разнообразие может поддерживаться за счет специального планирования ландшафта. Аграрный ландшафт должен быть разнообразным: с лесными полосами вокруг полей, живыми изгородями и перелесками, с чередованием полей, лугов, лесов, лесополос, водоемов. Разнообразие видов на полях должно поддерживаться чередованием культур не только во времени, но и в пространстве.
Применение индустриальной технологии выращивания сельскохозяйственных культур способствует значительному повышению продуктивности агроэкосистем и снижению их экологической опасности.
Повторим главное. В агроэкосистеме пшеничного поля продуценты представлены пшеницей (доминирующая монокультура) и видами-сорняками (пырей, василек, осот). Консументами являются насекомые-вредители и мелкие грызуны, а также связанные с ними пищевыми связями хищники и паразиты. Состав редуцентов существенно не отличается от такового в природных экосистемах. Основными типами агроэкосистем в Беларуси являются: пахотные поля, сенокосы и пастбища, фруктовые сады, огороды, теплицы, фермы, пруды. В настоящее время для повышения продуктивности агроэкосистем используется индустриальная технология: сохранение структуры почвы и восстановление ее естественного плодородия; использование высокопродуктивных сортов и гибридов растений; переход к органическому сельскому хозяйству; замена химических пестицидов на природные; соблюдение правильного севооборота и своевременное проведение агромероприятий; использование естественных врагов; переход от монокультуры к поликультуре; планирование агроландшафта.
Проверим знания
Ключевые вопросы
1. На птицефабриках применяют дополнительное искусственное освещение. Как вы думаете, с какой целью это делается?
2. Почему сельское хозяйство оказывается источником опасного загрязнения окружающей среды?
3. Объясните, почему культурные растения не могут конкурировать с сорняками.
4. Объясните, почему в заброшенных деревнях много пустырей и бурьяна и каковы причины распространения сорняков на заброшенных полях.
Сложные вопросы
1. Составьте схемы трех пищевых цепей агроэкосистемы, начинающихся с растений пшеницы.
2. Почему в агроэкосистемах насекомые-вредители могут достигать высокой численности, а в природных экосистемах их численность относительно постоянна? Объясните с экологической точки зрения, что такое «бумеранг-эффект».
3. Один из передовых методов современной агрономии — переход от монокультуры к поликультуре. Что это дает с экологической точки зрения?
4. Почему быстро истощается плодородие почвы в агроэкосистемах? Какова сущность «закона убывающего плодородия»? Укажите пути возврата питательных веществ в почву.
Индивидуальное домашнее задание. Предложите комплекс мероприятий, позволяющих получать высокие урожаи томатов или картофеля в климатических условиях Беларуси.