Підручник з Біології і екології. 11 клас. Шаламов - Нова програма

§ 19. Агроценоз

Людина створює агроценози, щоб прогодувати себе

Тривалий час людські спільноти існували за рахунок того, що їм удавалося віднайти чи вполювати в природі. Лише близько 10 тис. років тому на Близькому Сході в регіоні Родючого півмісяця (рис. 19.1) в процесі неолітичної революції люди перейшли до осілого способу життя з використанням землеробства й тваринництва (про це йтиметься у § 39). Із того часу все більші площі суходолу використовуються для висівання окультурених рослин і випасання одомашнених тварин. Такі, створені людиною для отримання сільськогосподарської продукції, екосистеми називають агроекосистемами1, а угруповання організмів у них — агроценозами. Наразі близько 30 % поверхні суші зайнято агроекосистемами, і вони забезпечують людство 90 % всієї їжі, виробляючи близько 2,5 млрд тонн сільськогосподарських продуктів на рік.

Рис. 19.1. Родючий півмісяць — територія, Де розпочалось окультурення рослин й одомашнення тварин

1. Середземне море. 2. Аравійський півострів. 3. Перська затока.

Третина цієї площі обробляється як рілля, а решта — це пасовища. В Україні більше 60 % земель використовують для сільськогосподарських потреб.

Усі агроекосистеми можна поділити на два основних типи: невеликі фермерські угіддя, що обробляються завдяки м'язовій силі людини й тварин, та великі сільськогосподарські комплекси, для роботи на яких задіяна спеціалізована техніка, а продуктивність2 значно перевищує місцеві потреби в їжі (рис. 19.2). До першого типу належать городи й сади, невеликі пасовища. Великі ж агроекосистеми — це поля, з яких систематично збирають величезний урожай, а також колгоспні пасовища. На сьогодні розподіл площі між цими типами агроекосистем майже рівномірний, оскільки більш розвинені країни віддають перевагу великим угіддям, тоді як менш розвинені — дрібним фермерським.

Рис. 19.2. Зразки агроекосистем

A. Город і сад біля заміської садиби. Б. Житнє поле на українському Поділлі. B. Високогірне карпатське пасовище.

1 Від грец. agros — поле.

2 Нагадаємо, що продуктивністю називають зростання біомаси чи енергії екосистеми за одиницю часу.

Щоб повернути вилучені з урожаєм хімічні елементи до ґрунту, використовують добрива

Однією з основних рис екосистеми є відносна замкненість колообігу хімічних елементів. Для агроекосистем такий колообіг є незамкненим. Річ у тім, що людина систематично вилучає частину біомаси у вигляді врожаю чи приплоду. Тому хімічні елементи не повертаються редуцентами до ґрунту, що спричиняє швидке виснаження мінеральних запасів. Унаслідок цього продуктивність агроекосистеми повинна б швидко зменшуватися з часом. Аби запобігти цьому й відновити запаси мінеральних речовин у ґрунті, у сільськогосподарські землі систематично вносять добрива. Додавання недостатньої кількості добрив не дозволить отримати максимальний урожай, тому часто їх уносять сповна. Це, безперечно впливає на мінеральний склад прилеглих природних екосистем, куди з поверхневими й ґрунтовими водами потрапляють добрива. У прісних водоймах такі дії можуть спричинити евтрофікацію — надмірне розмноження ціанобактерій і водоростей у товщі води, через яке у водоймі виникає брак світла й кисню і, як наслідок, збільшується смертність водних організмів. Тому добрива треба вносити у відповідних кількостях, для з'ясування яких проводять хімічний аналіз складу ґрунту.

Низьке видове різноманіття агроценозів є наслідком гонитви за максимальною продуктивністю й має ряд недоліків

Суттєво відрізняється й видова структура агроценозу. Для того, щоб продуктивність угідь була максимальною, господарі намагаються мінімізувати конкуренцію між видами й втрати від шкідників (рослиноїдів, хижаків чи паразитів). Тому на сільськогосподарських полях чи у великих садах вирощується один або кілька домінантних видів. Решта конкурентів і шкідників знищуються людиною шляхом прополювання та обробки пестицидами, що вбивають бур'яни, комах-рослиноїдів, паразитичні грибки тощо. Також фермери намагаються попередити потрапляння шкідників до агроекосистеми, наприклад, завдяки парканам на межі пасовищ чи полів (рис. 19.3).

Таке підтримання низького видового різноманіття потребує значного внесення енергії й ресурсів з боку людини. Тому, крім Сонця, джерелом енергії агроекосистеми є й діяльність людини. Але варто розуміти, що вкладена людиною енергія не перетворюється на біомасу, а лише сприяє більш ефективному запасанню енергії Сонця в хімічних зв'язках, тобто підвищує продуктивність агроценозу.

Однак домінування одного чи кількох вирощуваних видів у агроценозі не означає відсутності там інших видів. Крім рослин, до складу агроекосистеми входять також ґрунтові мікро- й макроорганізми, рослиноїдні комахи, хижаки, що полюють на комах, птахи, гризуни, змії. Так, кількість видів на звичайному пшеничному полі подекуди сягає майже тисячі!

Рис. 19.3. Підтримання домінантного стану вирощуваного виду

А. Обприскування поля гербіцидами для знищення бур'янів. Б. Паркан проти кролів на межі пасовища в Австралії.

Низьке видове різноманіття має й негативні наслідки. Трофічна мережа агроценозу є менш розгалуженою, а тому й здатність до саморегуляції — поганою. Через це агроценози дуже нестабільні, не можуть підтримувати сталість складу без втручання людини й дуже схильні до сукцесії. Варто лише залишити грядку, сад чи поле без нагляду, як дуже швидко вони перетворяться на ділянку луки чи лісу (рис. 19.4). Річ у тім, що в агроценозі людина здійснює штучний добір, вирощуючи лише потрібні їй організми, які мають високу продуктивність. За умов штучної екосистеми сільськогосподарським культурам не потрібно активно змагатися з конкурентами, і внаслідок цього їхня здатність стає слабшою. Тому якщо людина припиняє докладати зусиль для підтримання поточного стану агроекосистеми, то дуже швидко дикі види беруть гору над культурними і відбувається сукцесія, під час якої видове різноманіття зростає, а продуктивність зменшується.

Також для сільськогосподарських екосистем характерні періодичні спалахи чисельності окремих видів — гризунів, комах-шкідників, паразитичних грибів. Це зумовлено тим, що механізми регуляції чисельності (наприклад, хижацькі чи паразитичні екологічні взаємодії) є недосконалими й не встигають компенсувати різке збільшення кількості особин одного виду. Стійкість агроценозу теж невисока, тому негативні впливи (надмірна тривалість спеки, дефіцит вологи тощо) дуже впливають на продуктивність, знижуючи її. І турбота про угіддя повністю лягає на плечі людини.

Рис. 19.4. Покинутий садок біля садиби

Існує кілька способів підвищення продуктивності агроценозу

Основним завданням агроекосистеми є створення врожаю чи поголів'я, які надалі переробляються в харчові продукти. Тому нині тривають пошуки способів підвищення продуктивності сільськогосподарських екосистем із метою отримання більших урожаїв. Одним із засобів підвищення продуктивності є сівозміна — чергування різних культур і парів на одній ділянці. Вона дозволяє більш ефективно використовувати ґрунтові ресурси, оскільки культурні рослини різних видів відрізняються своїми вимогами до них. Наприклад, бобові потребують більше Цинку, а картопля — Бору. Тому якщо провести сівозміну бобових на картоплю, то запаси як Цинку, так і Бору вичерпуватимуться повільніше. Окрім того, різні культури мають відмінну стійкість до шкідників, приваблюють різних комах й неоднаково впливають на мікробіологічні характеристики ґрунту, що підвищує загальну стійкість екосистеми. Час від часу протягом сівозміни поля залишають під парою, тобто незасіяними, що дозволяє природним організмам заселити поле й дає час на хоча б часткове відновлення його ресурсної бази.

Іншим способом підвищення продуктивності є використання якісних сортів рослин і порід тварин. Завдяки досягненням селекції та генетики щороку виводять нові, менш вибагливі до умов і більш продуктивні сорти, використання яких дозволяє збільшити обсяги врожаю й приплоду (докладніше про селекцію рослин і тварин ітиметься в § 40). Для зменшення конкуренції між рослинами одного виду важливим є правильне просторове висівання чи висаджування (рис. 19.5). Якщо організми будуть розміщені занадто щільно, то зросте взаємозатінення й конкуренція за мінеральні ресурси. Але якщо, навпаки, розташувати їх нещільно, то частина ресурсів біотопу не буде використана й загальна продуктивність агроекосистеми зменшиться. Кількість добрив і пестицидів, що вносяться в поля й сади, повинна бути раціонально розрахована, щоб не завдавати шкоди ані агроценозу, ані суміжним природним біоценозам. Крім того, їхнє економне використання є фінансово вигіднішим. Зрештою, адекватний полив території чи підтримання оптимальної вологості ґрунту є необхідним чинником високої продуктивності агроценозу.

Рис. 19.5. Ефективна просторова структура агроценозу

Правильне просторове розміщення кущів винограду (А) і яблучних дерев (Б) сприяє меншому взаємозатіненню й зменшує конкуренцію за ґрунтові ресурси.

Життєві запитання — обійти не варто!

Елементарно про життя

• 1. Яка з наведених екосистем НЕ є агроекосистемою?

  • А ставок для розведення форелі
  • Б грядка з огірками
  • В вигін для випасу корів
  • Г озеро посеред села

• 2. Висока продуктивність агроценозу досягається завдяки

  • А винищенню видів-конкурентів для сільськогосподарської культури
  • Б розведенню культурних і диких рослин поряд
  • В максимально щільному засіванню території
  • Г збільшенню кількості сонячної енергії, що надходить

• 3. Схильність агроекосистеми до сукцесії зумовлена

  • А унесенням добрив
  • Б відсутністю редуцентів
  • В нестабільністю агроценозу
  • Г високою розгалуженістю трофічних ланцюгів

• 4. Використання досконаліших сортів і порід у господарстві дозволяє

  • А зменшити стійкість агроценозу
  • Б збільшити продуктивність агроценозу
  • В зменшити витрати на насіння
  • Г збільшити об'єми добрив, що вносяться

• 5. Увідповідніть захід для підвищення продуктивності агроценозу та його обґрунтування.

  • 1 унесення адекватної кількості добрив
  • 2 висаджування окремих організмів на певній відстані
  • 3 сівозміна
  • 4 періодичний полив
  • А упровадження періоду для відновлення ґрунтових ресурсів
  • Б зменшення продуктивності окремої рослини
  • В підтримання оптимальної вологості ґрунту
  • Г уникнення пригнічення росту через надлишок мінеральних солей
  • Д зменшення конкуренції

У житті все просто

• 6. Обґрунтуйте твердження про те, що енергія, яку вкладає людина, не запасається в органічній речовині агроценозу.

• 7. Чому екосистема не може бути високопродуктивною й стійкою водночас?

• 8. Складіть порівняльну таблицю природної екосистеми й агроекосистеми.

У житті не все просто

• 9. Схарактеризуйте всі причини спалаху паразитичного грибка фітофтори на полях картоплі.

• 10. Для підвищення вмісту Нітрогену в землі на полях висівають бобові рослини. Як вони сприяють збагаченню ґрунту? Чим це краще за внесення добрив, що містять Нітроген?

• 11. У чому полягає суть органічного землеробства? Які його основні переваги й недоліки?