§ 28. Агроэкосистемы — искусственные экосистемы

Определения и обозначения

Агроэкосистема — искусственная экосистема, созданная и поддерживаемая человеком для получения сельскохозяйственной продукции. К ней относятся, например, поле, сад и пастбище. Это понятие помогает отличать сельскохозяйственные системы от природных сообществ.

Агроценоз — сообщество организмов на сельскохозяйственной территории, основу которого составляют культурные растения. В нём есть не только посевы, но и другие растения, животные и микроорганизмы. Термин нужен, чтобы говорить о живой части агроэкосистемы.

Культурное растение — растение, которое человек выращивает для получения урожая. Пшеница, картофель и яблоня — примеры культурных растений. Именно ради них организуют сельскохозяйственные работы и изменяют условия участка.

Сельскохозяйственный вредитель — организм, который потребляет культурные растения или повреждает их и тем самым снижает урожай. Вредителями могут быть животные, например насекомые. Понятие помогает объяснить, почему посевы нуждаются в защите.

Как это устроено

Агроэкосистема включает организмы и неживые компоненты: почву, воду, воздух и солнечную энергию. Растения используют свет, воду и вещества из почвы, а животные и микроорганизмы связаны с ними пищевыми отношениями и разложением остатков. Человек управляет частью этих связей, но не может заменить природные условия: урожай всё равно зависит от почвы, погоды и живых организмов.

Создавая агроэкосистему, человек выбирает растения с нужными свойствами и готовит для них участок. Обработка почвы помогает подготовить место для посева, полив компенсирует нехватку влаги, а удобрения дают растениям необходимые вещества. Защита от вредителей нужна потому, что повреждённые растения хуже растут и дают меньше урожая. Эти меры направлены на то, чтобы создать подходящие условия для выбранной культуры.

В агроценозе часто преобладает один культурный вид, а общее число видов невелико. Это удобно для выращивания и уборки урожая, но создаёт условия, в которых вредителю, питающемуся этой культурой, легко найти пищу. Если один вид растения занимает большую площадь, болезнь или вредитель могут быстро распространиться по посевам. Поэтому пищевые цепи здесь часто короткие, а система менее устойчива, чем сообщество с большим разнообразием организмов.

Растения поглощают вещества из почвы и используют их для роста. Когда человек убирает урожай и увозит его с поля, часть этих веществ покидает агроэкосистему, а не возвращается в почву в виде остатков. Поэтому запас доступных растениям веществ может уменьшаться, а плодородие — снижаться. Удобрения и другие меры помогают восполнить потери и поддержать дальнейший рост культур.

При постоянном уходе человек ограничивает конкуренцию сорняков, обеспечивает посевы водой и защищает их от повреждений. Это позволяет получать урожай, но высокая продуктивность сама по себе не делает систему устойчивой: она во многом зависит от труда и ресурсов, которые в неё вкладывают. Если уход прекратить, сорняки могут вытеснять культуру, а вредители — увеличивать численность. Постепенно участок меняется и может смениться природным сообществом, приспособленным к местным условиям.

Сравнение природной экосистемы и агроэкосистемы

Сравнивайте системы по каждому свойству, а не только по урожайности или внешнему виду. Таблица показывает, что различие связано прежде всего с управлением, круговоротом веществ и устойчивостью. В природной экосистеме процессы в большей степени поддерживаются связями между организмами, а в агроэкосистеме существенную роль играет человек.

Разбор задач

Задача 1. Определите, какие объекты являются агроэкосистемами: пшеничное поле, смешанный лес, яблоневый сад, городской пруд, пастбище. Проверяем, создал ли человек сообщество или целенаправленно поддерживает его ради сельскохозяйственной продукции. Одного расположения рядом с людьми для ответа недостаточно.

1. Пшеничное поле выращивают ради зерна, поэтому его состав и условия поддерживают для получения урожая.
2. Смешанный лес обычно складывается без такого управления и не обязательно создан ради сельскохозяйственной продукции.
3. Яблоневый сад и пастбище используют для получения плодов и продукции животноводства, а городской пруд сам по себе не обязательно имеет сельскохозяйственную цель.

Ответ: пшеничное поле, яблоневый сад и пастбище — агроэкосистемы. Смешанный лес и городской пруд нельзя отнести к ним только на основании того, что они находятся рядом с человеком.

Задача 2. Объясните, почему после уборки урожая поле нуждается во внесении удобрений, а в естественном лесу подобная мера обычно не требуется. Сначала выясним, что происходит с веществами, которые растения использовали при росте. Затем сравним, возвращаются ли они на место или покидают систему.

1. Культурные растения поглощают вещества из почвы, формируя стебли, листья, плоды или семена.
2. Убранный урожай увозят, поэтому содержащиеся в нём вещества не остаются на поле и не возвращаются в почву при разложении.
3. В лесу опавшие листья и другие остатки обычно разлагаются на месте, возвращая часть веществ в почву. Поэтому круговорот в большей степени поддерживается внутри природной экосистемы.

Ответ: на поле удобрения помогают возместить часть веществ, вынесенных с урожаем, и поддержать плодородие. В лесу остатки организмов обычно остаются на месте, поэтому внесение удобрений человеком чаще всего не требуется.

Задача 3. Спрогнозируйте последствия прекращения ухода за монокультурным полем и предложите меры, повышающие устойчивость агроэкосистемы. Монокультурное поле занято преимущественно одной культурой, поэтому большое число одинаковых растений служит пищей одним и тем же вредителям. При прогнозе нужно учесть и конкуренцию со стороны сорняков.

1. Без ухода сорняки получают возможность разрастаться и конкурировать с культурой за свет, воду и вещества из почвы.
2. Вредители и болезни, связанные с этой культурой, могут распространяться по полю, а численность культурных растений и урожай — снижаться.
3. Севооборот меняет выращиваемую культуру по годам, смешанные посадки увеличивают разнообразие, а биологическая защита использует естественные связи между организмами для ограничения вредителей.

Ответ: поле постепенно потеряет продуктивность, а при длительном отсутствии ухода его сообщество будет изменяться. Севооборот, разнообразие культур и биологическая защита помогают сделать агроэкосистему устойчивее.

Типичные ошибки

Ошибка: считать агроэкосистемой любое сообщество рядом с человеком. Так можно подумать, потому что поле, лес и пруд могут находиться рядом с населённым пунктом. Но главный признак — целенаправленное создание или поддержание системы ради сельскохозяйственной продукции. Проверьте себя вопросом: управляют ли этим сообществом для получения урожая или другой сельскохозяйственной продукции?

Ошибка: думать, что агроэкосистема полностью создана человеком и не содержит природных компонентов. Такое представление возникает из-за слова «искусственная», но человек не создаёт почву, климат и все виды организмов заново. Эти компоненты участвуют в работе системы. Проверка проста: перечислите, какие природные условия и организмы нужны посевам для роста.

Ошибка: считать высокую урожайность признаком высокой устойчивости. Урожай может быть большим благодаря поливу, удобрениям и защите посевов, то есть постоянной поддержке. Высокий результат не доказывает, что система способна сама справляться с изменениями. Чтобы проверить вывод, спросите, сохранится ли урожайность без вмешательства человека.

Ошибка: полагать, что чем меньше видов, тем эффективнее экосистема. Небольшое разнообразие может облегчать выращивание одной культуры, но одновременно делает посевы уязвимыми для вредителей и болезней. Эту ошибку допускают, если судят только по удобству ухода. Проверьте себя: подумайте, что произойдёт, если появится организм, который питается преобладающей культурой.

Связь с другими темами

Чтобы понять агроэкосистемы, нужно знать уровни организации живой природы, строение экосистемы, пищевые цепи и круговорот веществ. Тема связана с экологическими факторами: вода, свет и свойства почвы влияют на рост культур. Она также помогает объяснить сукцессии — постепенную смену сообществ — и значение саморегуляции природных систем. Эти знания пригодятся при изучении охраны почв, рационального природопользования, устойчивого сельского хозяйства и влияния человека на биосферу.

Что запомнить

• Агроэкосистема — искусственная экосистема, поддерживаемая деятельностью человека.
• Главная цель агроэкосистемы — получение сельскохозяйственной продукции.
• Для агроценозов характерны небольшое видовое разнообразие и преобладание культурных растений.
• Агроэкосистемы обычно менее устойчивы и хуже саморегулируются, чем природные экосистемы.
• Урожай выносит из системы вещества, поэтому необходимо поддерживать плодородие почвы.
• Без ухода агроэкосистема изменяется и постепенно может смениться природным сообществом.
• Севооборот, разнообразие культур и биологическая защита повышают устойчивость агроэкосистемы.