Особливості агроекосистем

Як відомо, популяції всіх видів, що займають певний простір на поверхні Землі, утворюють біоценоз, який при взаємодії з середовищем існування утворює екосистему або біогеоценоз. Популяції, що займають простір, де виконуються сільськогосподарські роботи, становлять агроценоз, який утворює відповідну агроекосистему. Сукупність всіх агроекосистем на Землі утворює агросферу. Академік Созінов О.О. визначає агросферу як сукупність територій, на яких внаслідок дії антропогенного фактору функціонують переважно модифіковані людиною форми живої речовини, спеціалізовані для ефективної трансформації сонячної енергії в необхідну для існування людства продукцію. Головним завданням створення та існування агроекосистем (і агросфери в цілому) є виробництво продуктів харчування і сировини.

Академік Моісєев М.М. вважав, що створення нинішньої цивілізації стало результатом розв’язання однієї з глобальнихекологічних криз на початку голоцену (10-12 тис. років тому назад) шляхом переходу до аграрного виробництва. В цей час людина якісно змінила свою екологічну нішу – вона винайшла землеробство та скотарство, тобто створила штучні біогеохімічні цикли (штучний кругообіг речовин у природі). Власне тільки після створення штучних екосистем – агроекосистем – Людина виділилась з Природи і перестала жити так, як живуть інші живі істоти на Землі.

Людина, як сучасний підвид Homo sapiens, сформувалась внаслідок розвитку створеної своїм генієм і трудом агросфери. На початку це були окремі острівці в безкрайньому морі структурованої мільярдами років еволюції живої речовини, але вже на перших етапах між агросферою і природою виникли протиріччя, які часто переростали в антагоністичні. Досить згадати підсічне землеробство, яке призвело до знищення на досить значних територіях лісів. Навіть так звані високі культури, що базувались на досить розвинутих агробіогеоценозах, сформованих людиною, часто гинули значною мірою внаслідок нераціональної, нещадної експлуатації природних ресурсів, як це трапилось, наприклад, з цивілізаціями, що існували в зоні сучасних пустель Середньої Азії та Сахари. Таким чином, з моменту виникнення агросфери, навіть на обмежених територіях, вона порушувала природну рівновагу, сформовану живою речовиною в процесі тривалої еволюції.

Найбільш значним став тиск на природу в 19-му і особливо 20 столітті. Інтенсивне розорювання земель та викликана цим водна і вітрова ерозія, безсистемне використання мінеральних добрив і пестицидів, скорочення лісів, у тому числі і у водоохоронних зонах, створення “рукотворних” морів і одночасно значне посилення негативного техногенного впливу, включаючи Чорнобильську трагедію, інтенсивна урбанізація, поставили на межу екологічної катастрофи не тільки агросферу, а й усе природне середовище України.

Агроекологія [14] (agro, гр. – поле) – це розділ прикладної екології, який вивчає вплив факторів середовища (абіотичних і біотичних) на продуктивність культурних рослин, структуру і динаміку угрупувань організмів, які проживають на сільськогосподарських територіях.

Агроекологію ще визначають як науку, що вивчає складні динамічні системи на земній поверхні, створені людиною (агроекосистеми), та агроландшафти, в які ці системи об’єднуються. Агроекосистема в рослинництві існує, як правило, протягом року – від появи сходів до збирання врожаю.

Агроекосистеми можна розділити на три організаційно-економічні типи:

· перший – це поле, зайняте культурною рослиною;

· другий – територія сівозміни з набором культур;

· третій – сільськогосподарський ландшафт або природно-економічний район з вираженою спеціалізацією.

Вивчення агроекосистеми проводять на п’яти різних рівнях – на рівні організму, популяційному, екосистемному, агроландшафтному та біосферному.

На рівні організму агроекологія вивчає проблеми індивідуальної адаптації сортів і порід, створених людиною, з метою забезпечення стійкості функціонування організмів. Оптимізація на рівні організмів вирішується за рахунок створення сортів високої якості (значна кількість і висока якість насіння, стійкість проти шкідників і хвороб, здатність до пригнічення конкурентів).

На популяційному рівні – це визначення тих форм взаємовідносин і механізмів, що підтримують популяцію (агроценоз) як цілісну саморегульовану систему.

В агроценозах популяція – це сукупність особин даного виду, що займає визначену територію і перебуває під значним впливом людини, яка забезпечує оптимальні умови розвитку для “культурних” особин з метою їх найбільшої продуктивності.

На екосистемному рівні вивчають умови формування і функціонування багатовидових систем в навколишньому середовищі і способи впливу на складові агроценозів з метою регулювання природного середовища в потрібному для людини напрямі.

На агроландшафтному рівні досліджують розміщення і взаємодію різних типів агроценозів у певних умовах місцезростання і залежно від способу обробітку ґрунту, з урахуванням особливостей культурних видів та їх співвідношення в багатовидових угрупуваннях, а також їх поєднання з природною рослинністю, що збереглася в ландшафті.

На біосферному рівні вивчають розміщення і функціонування агроландшафтів та агроекосистем залежно від природних умов і систем землеробства.

Таким чином, агроекологія тісно пов’язана із землевпорядкуванням, агрономією, метеорологією, селекцією та іншими науками.

Основи сучасної агроекології викладені в 1965 р. В. Тишлером. Друга назва агроекології – сільськогосподарська екологія.

Об’єктом вивчення агроекології є угрупування, створені людиною, та їх раціональне розміщення в агроландшафтах. В цих угрупуваннях, як і в природних системах, діють загальноекологічні закони, але на їх прояв значною мірою впливає діяльність людини, яка формує специфічні умови дії цих законів (одновидові посіви, щорічне збирання врожаю, внесення добрив і пестицидів тощо).

Основним завданням сільського господарства є забезпечення людини продуктами харчування, які виробляються двома галузями – рослинництвом і тваринництвом – у створених для цього агроекосистемах.

Агроекосистема – це штучно створена людиною сукупність абіогенних та біогенних компонентів на ділянці суходолу або акваторії. Головною ланкою агроекосистеми є зелені рослини, які забезпечують первинне отримання органічної речовини та надають агроекосистемам властивостей автотрофності. Роль гетеротрофної ланки виконують сільськогосподарські тварини.

 

		Абіотична компонента (косне середовище, біотоп, нежива складова ґрунту)		Біотична компонента (жива речовина, культурні рослини і тварини, бур’яни)		Агроценоз (популяція, угрупування)
	Агроеко система (агробіогео ценоз)

 

= +

Рис. 3.2. Схематична будова агроекосистем

Вчені вважають, що концепція екосистеми є основним поняттям і об’єктом досліджень у сучасній екології. Аналогічно, можна вважати основним об’єктом агроекології агроекосистему, яка має суттєві особливості і відмінності від природних екосистем (рис. 3.2).

Територіально агроекосистеми як правило зближені між собою і формують агроландшафт. Загальну сукупність агроекосистем планети називають агросферою. В цілому сучасна агросфера охоплює близько 32% суходолу (близько 10 % зайняті ріллею, 20% – сіножатями та пасовищами, частково використовуються ліси).

Статус агроекосистем визначають не лише їхні внутрішні особливості, але й сільськогосподарські ресурси (кількість вкладеної праці, матеріалів, енергії), тип використання продукції агроекосистем (відбір тільки зерна або й вивезення з поля соломи) та характер зв’язків між суміжними агроекосистемами (транспортування гною та біомаси з однієї агроекосистеми в іншу).

Агроекосистеми відрізняються від природних екосистем значним спрощенням будови та функціонування (рис.3.3). На думку Ю.Одума агроекосистеми займають проміжне становище між природними екосистемами (ліси, луки) і штучними (міста, промислові площадки). Агроекосистеми схожі з урбанізованими і промисловими своєю залежністю від антропогенних факторів але, на відміну від останніх, переважно автотрофні. Автотрофним блоком в агроекосистемах служить практично один вид – монокультура, трофічні ланцюги в них значно вкорочені, а трофічна мережа – рудиментарна. Тварини в агроекосистемах займають разом з людиною одне й те ж саме місце в трофічному ланцюгу – тварини фактично конкурують з людиною за рослинну їжу. Порівняно з природними екосистемами агроекосистеми мають такі суттєві особливості:

1. Велика залежність від діяльності людини (вони створені і регулюються людиною).

2. Щорічне (щосезонне) значне вилучення органічної речовини (з врожаєм).

3. Переважання рослин та тварин, які є продуктом селекційної діяльності, а не природного відбору.

4. Низьке видове (біологічне) різноманіття автотрофного та гетеротрофного блоків – домінування одного або кількох, вибраних людиною, видів (сортів, порід) рослин і тварин.

5. Більшість агроекосистем стійкі практично лише впродовж одного року (як правило, на протязі вегетаційного періоду) – без підтримки людини вони швидко трансформуються в природні екосистеми.

6. Розімкнені біогеохімічні цикли.

Оскільки, згідно із законами загальної екології, прості екосистеми нестабільні (а в агроекосистемах дуже низький рівень біорізноманіття), для забезпечення господарської стійкості агроекосистеми в неї необхідно вкладати додаткову антропогенну енергію. Чим простіша система, тим більше вона вимагає такої енергії у вигляді ручної чи механічної праці, внесення добрив, пестицидів, тощо. Ці процеси призводять до докорінної зміни потоків енергії та кругообігів речовин в агроекосистемах.

 

Насіння

Паливо

Корма

Техніка

Добрива

Пестициди

Рис.3.3. Структура функціональних зв’язків у агроекосистемі (Міркін, 1995)

Для розвитку агроекосистем дуже важлива екологічна чистота середовища мешкання рослин і тварин (наприклад, забруднення атмосфери фтором знижує врожаї пшениці до 50%).

Зміна кругообігу речовин залежить від багатьох причин – речовини можуть вимиватися водою з верхніх шарів ґрунту в глибинні або підґрунтові води, у вигляді газів можуть надходити в атмосферу, а також втрачатися внаслідок водної та повітряної ерозії ґрунту.

Основні завдання агроекології полягають у:

- розробці комплексу заходів, що забезпечують зберігання та розширене відтворення родючості ґрунтів та їх захист від ерозії;

- збільшення стійкості агроекосистем шляхом оптимізації структури посівних площ і умов живлення рослин;

- освоєнні біологічних та інтегрованих систем захисту рослин (замість хімічних);

- підвищенні якості сільськогосподарських культур;

- розробці заходів по зменшенню можливого негативного впливу на навколишнє середовище засобів хімізації та інших антропогенних факторів;

- здійсненні довгострокового прогнозу можливих змін вмісту та дії токсикантів.

Зміст агроекології в землеробстві полягає у вивченні системи: ґрунт – рослина – засоби хімізації – вода – тварина – людина.

Основним засобом забезпечення розширеного відтворення родючості ґрунтів є внесення добрив. Добрива є найдійовішим засобом втручання людини в кругообіг речовин в землеробстві. Але, окрім позитивних наслідків, внесення добрив має і негативні – забруднення ґрунту і сільськогосподарської продукції токсикантами, що містяться в них. Так, наприклад, вміст свинцю у фосфатах може досягати 33 мг/кг, у суперфосфаті – 34, у складних добривах – 57.