§ 18. Агроценозы и агроэкосистемы

Определения и обозначения

Агроценоз — сообщество организмов, созданное и поддерживаемое человеком на сельскохозяйственном участке. Например, это растения поля вместе с сорняками, насекомыми и микроорганизмами. В отличие от естественного биоценоза, его состав в значительной мере определяется целью получить урожай и действиями человека. Это понятие помогает говорить именно о живых организмах участка.

Агроэкосистема — искусственно созданная экосистема, в которую входят агроценоз, неживая среда и связи между компонентами. Почва, вода, свет и организмы влияют друг на друга, а человек меняет условия и поддерживает нужный ему результат. Поэтому без его ухода такая система обычно постепенно перестраивается. Термин показывает, что на поле важны не только растения и животные, но и среда их жизни.

Культурное растение — вид, который выращивают для получения урожая. Пшеница, картофель и яблоня — примеры культурных растений, хотя их выращивают в разных условиях и ради разных продуктов. Такие растения занимают центральное место в сельскохозяйственном производстве, поэтому действия по уходу прежде всего направлены на их рост и сохранность. Понятие позволяет отличить выращиваемую культуру от сорняков и других обитателей участка.

Севооборот — чередование сельскохозяйственных культур на одном участке в разные годы. Его применяют, чтобы почва не истощалась из-за постоянного выращивания одной культуры и чтобы затруднить накопление связанных с ней вредителей. Разные растения по-разному используют питательные вещества и могут менять состояние почвы. Поэтому план чередования помогает поддерживать плодородие и получать урожай устойчивее.

Как это устроено

Агроценоз появляется не сам по себе: человек выбирает, какие растения выращивать и какую часть участка отвести под каждую культуру. Затем он обрабатывает почву, вносит удобрения и при необходимости регулирует поступление воды. Эти меры изменяют условия среды так, чтобы культурным растениям было легче расти и давать урожай. Без такого преобразования участок развивался бы под действием местного климата, почвы и естественных видов, а не по плану производства.

В агроценозе образуются пищевые связи между организмами. Культурные растения и сорняки служат пищей травоядным животным и вредителям, а сами эти животные могут становиться добычей хищников. Отмершие остатки растений и животных разрушают бактерии, грибы и другие организмы-разрушители, возвращая часть веществ в почву. Так возникают трофические уровни: производители создают органическое вещество, потребители получают его с пищей, а разрушители перерабатывают остатки.

Агроценоз обычно беднее видами, чем естественное сообщество, потому что человек намеренно отдаёт преимущество нескольким культурным растениям и удаляет конкурирующие виды. Когда организмов мало, пищевые сети становятся короче и проще: у каждого вида меньше возможных источников пищи и меньше связей с другими видами. Поэтому исчезновение или резкое сокращение одного из компонентов труднее компенсировать. Это одна из причин, по которой агроценоз обычно менее устойчив к нарушениям, чем природная экосистема.

При сборе урожая человек вывозит с участка значительную часть органического вещества, созданного растениями. Вместе с ним уносятся минеральные элементы, которые растения поглотили из почвы. В естественном сообществе большая часть отмершей биомассы остаётся на месте и постепенно разрушается, а на поле этот путь возврата веществ сокращён. Поэтому для поддержания плодородия нужно возвращать питательные вещества в почву, например с помощью органических остатков или удобрений, и учитывать последствия выращивания культур.

Агроэкосистема зависит от постоянного ухода, потому что условия на участке меняются и без участия человека. Сорняки конкурируют с культурными растениями за свет, воду и минеральные вещества, а вредители могут снижать урожай. Если прекратить обработку почвы, защиту культур и другие меры, преимущество культурного растения постепенно ослабевает. В результате меняются состав сообщества и продуктивность участка, а агроэкосистема утрачивает исходные свойства.

Сравнение естественной экосистемы и агроэкосистемы

Сравнивайте участки по нескольким признакам сразу: высокая урожайность сама по себе не говорит о большом разнообразии или устойчивости. Таблица помогает увидеть, почему агроэкосистеме обычно необходим уход и чем сельскохозяйственное производство отличается от естественного круговорота веществ.

Разбор задач

Участок с одной культурой

Условие. На участке выращивают одну культуру, регулярно удаляют сорняки и собирают урожай. Нужно объяснить, почему участок относят к агроценозу, и назвать два его признака. Начать стоит с выяснения, возникло ли сообщество естественно или создано человеком для определённой цели.

1. Человек выбрал культуру и выращивает её ради урожая, значит, сообщество создано для сельскохозяйственного производства.
2. Преобладание культурного растения — первый признак: именно оно занимает основное место на участке.
3. Регулярное удаление сорняков показывает, что человек управляет составом сообщества и поддерживает его в нужном состоянии.

Ответ. Участок относят к агроценозу, потому что человек создал и поддерживает его ради получения урожая. Два признака — преобладание культурного растения и постоянный уход, в данном случае удаление сорняков.

Снижение урожайности

Условие. После нескольких лет выращивания одной культуры урожайность снизилась. Требуется предложить экологически обоснованную меру и объяснить её действие. Здесь нужно связать повторение культуры с тем, как меняются почва и условия для организмов, питающихся этим растением.

1. Уточняем причину возможной проблемы: одна и та же культура годами использует сходный набор питательных веществ, а её вредители могут накапливаться.
2. Предлагаем севооборот — чередование культур на участке по годам, а не продолжение постоянного выращивания одного вида.
3. Объясняем результат: разные культуры неодинаково используют ресурсы почвы, а смена растения затрудняет размножение вредителей, связанных с прежней культурой.

Ответ. Следует ввести севооборот. Чередование культур помогает уменьшить одностороннее истощение почвы и снижает вероятность того, что специализированные вредители будут из года в год находить подходящее растение.

Сравнение двух участков

Условие. На первом участке применяют севооборот и поддерживают разнообразие организмов, на втором выращивают одну культуру и регулярно используют средства защиты. Нужно определить, какой участок вероятнее устойчивее, и объяснить сравнение. Оценивать следует не по одному урожаю, а по разнообразию, пищевым связям и зависимости от вмешательства.

1. На первом участке чередуются культуры и сохраняется больше видов, поэтому пищевые связи, вероятно, разнообразнее.
2. Разнообразие связей может помочь системе компенсировать изменения: при сокращении одного вида другие организмы и связи частично сохраняют процессы.
3. На втором участке одна культура и постоянная защита указывают на упрощённое сообщество и сильную зависимость от действий человека.

Ответ. Вероятнее устойчивее первый участок: севооборот и большее разнообразие организмов обычно уменьшают уязвимость сообщества. Это не гарантирует полного отсутствия проблем, но второй участок с одной культурой и регулярным применением средств защиты сильнее зависит от управления человеком.

Типичные ошибки

Считать агроценоз и агроэкосистему синонимами. Эти понятия близки, потому что относятся к сельскохозяйственному участку, но обозначают разный охват: агроценоз — живое сообщество, агроэкосистема — также среду и связи. Путаница возникает, когда не различают живые и неживые компоненты. Проверь себя: входят ли в названное понятие почва, вода и взаимодействия?

Полагать, что агроценоз устойчив сам по себе. Его продуктивность обычно поддерживается обработкой, защитой культур и другими действиями человека. Ошибка возникает, если считать, что раз поле существует, оно не нуждается в уходе. Проверь себя: сохранились бы на участке те же культуры и урожайность, если прекратить вмешательство?

Считать высокую урожайность признаком большого разнообразия. Высокий урожай может давать одна культура в сообществе с небольшим числом видов. Эту ошибку допускают, смешивая продуктивность с разнообразием организмов. Проверь себя: говорит ли количество собранного урожая о числе видов и сложности пищевых связей? Само по себе — нет.

Не учитывать вынос веществ с урожаем. Собранные растения уносят с участка органическое вещество и минеральные элементы, поэтому их круговорот становится неполным. Если не заметить этот вынос, можно ошибочно решить, что плодородие поддерживается без дополнительных мер. Проверь себя: возвращаются ли питательные вещества, содержавшиеся в урожае, обратно в почву?

Связь с другими темами

Для понимания агроценозов нужны понятия экосистемы и биоценоза: первое охватывает организмы вместе со средой, второе — сообщество живых организмов. Пищевые цепи и трофические уровни помогают проследить передачу вещества и энергии между культурными растениями, животными и разрушителями. Знание круговорота веществ объясняет, почему сбор урожая требует восполнять плодородие почвы. Эти идеи пригодятся при изучении устойчивого природопользования, охраны почв и биоразнообразия, а также экологических последствий сельского хозяйства.

Что запомнить

• Агроценоз создаётся и поддерживается человеком.
• Агроэкосистема включает сообщество организмов и условия среды.
• В агроценозах обычно меньше видов и проще пищевые связи, чем в естественных сообществах.
• Упрощение сообщества обычно снижает его устойчивость.
• Урожай уносит с участка часть органического вещества и минеральных элементов.
• Севооборот помогает поддерживать плодородие почвы и снижать риск накопления вредителей.
• Без ухода человека многие агроценозы меняются и теряют исходную продуктивность.