Сравнительная характеристика агроценозов и природных экосистем. Агроэкосистемы или агроценозы

Грядку картофеля и сад фруктовых деревьев? Все это - агроценозы. В нашей статье мы познакомимся с основными характеристиками этого понятия.

Сообщества организмов

В природных условиях различные виды живых существ не живут разрозненно. В результате образуются различные сообщества. Одним из них является биоценоз. В его структуру входят популяции различных видов, обитающих на участке с однородными условиями. Основой такого сообщества является фитоценоз.

Но живые организмы связаны не только между собой. также оказывают на них определенное влияние. Поэтому экологи называют еще одну структуру - биогеоценоз. Это территория с приблизительно одинаковыми условиями, на которой популяции различных видов объединены между собой и физической средой посредством круговорота веществ и энергии.

Агроценоз - это также сообщество организмов, но оно существенным образом отличается от всех остальных. В чем же заключается разница? Давайте разберемся.

Биогеоценоз и агроценоз

Агроценозом называют сообщество организмов, созданное человеком. В его состав могут входить растения, животные, грибы и микроорганизмы. Цель его создания - получение сельскохозяйственной продукции. Но чаще всего агроценозом называют искусственное Это поле, огород, сад или грядка.

Биогеоценоз - структура природная, саморазвивающаяся.

К характеристикам агроценоза также относится практически полное отсутствие саморегуляции. Все процессы в этом сообществе контролирует человек. Когда его деятельность прекращается, агроценоз прекращает свое существование.

Биогеоценоз для своего развития использует только солнечную энергию. В агроценозе есть дополнительные резервы. Это энергия, которую вносит человек при орошении, распашке земель, использовании удобрений, специальных кормов, химических препаратов для борьбы с сорняками и грызунами.

Признаки агроценоза

Агроценозы отличаются низким видовым разнообразием. Поскольку эти сообщества создаются с целью получения определенной сельскохозяйственной продукции, в их состав входит один-два представителя органического мира. Как результат - снижается количество других видов, населяющих данную территорию.

Агроценоз - это слабоустойчивая структура. Ее развитие происходит только при воздействии человека в искусственно воссозданных условиях. Поэтому способность выдержать колебания интенсивности факторов окружающей среды без резких изменений структуры и функций агроценоза практически невозможно.

Трофические связи

Для любого природного сообщества характерно наличие цепей питания. Агроценоз не является исключением. Его трофические сети разветвлены очень слабо. Это связано с обедненным видовым разнообразием.

В биогеоценозе происходит непрерывный круговорот веществ и энергии. К примеру, растительная продукция потребляется другими организмами, после чего возвращается в естественную систему в измененном виде. Это может быть вода, углекислый газ или минеральные элементы.

В цепях агроценоза этого не происходит. Получая урожай, человек просто изымает его из оборота. Трофические связи при этом разрываются. Для возмещения таких потерь необходимо систематически вносить удобрения.

Условия развития

Для повышения урожайности и продуктивности агроценозов человек использует искусственный отбор. В ходе этого процесса человек отбирает особи с наиболее полезными качествами, способные дать жизнеспособное и плодовитое потомство. Этот вид отбора действует быстрее и эффективнее, чем естественный.

С другой стороны, это приводит к неспособности к саморегуляции и самообновлению. Если человек прекращает свою деятельность, агроценоз разрушается. Произойдет это не сразу. Так, многолетние травянистые культурные растения просуществуют около 4-х лет, а деревья - несколько десятков.

Для поддержания развития агроценозов человек постоянно должен предотвращать процессы сукцессии. Этот термин означает разрушение или замену одних природных сообществ другими. К примеру, если не удалять сорные растения, они сначала станут доминирующим видом. С течением времени они полностью заменят культуру. Дело в том, что сорняки имеют ряд приспособлений, которые помогают успешно пережить неблагоприятные условия. Это наличие подземных - корневищ, луковиц, большое количество семян, разнообразие способов распространения и вегетативного размножения.

Значение агроценозов

Благодаря агроценозам человек получает сельскохозяйственную продукцию, которую использует в качестве еды и основы для пищевой промышленности. Преимуществом искусственных сообществ является их управляемость и неограниченная способность к повышению урожайности. Но деятельность человека приводит и к негативным последствиям. Распашка земель, вырубка лесов и другие проявления нерационального природопользования приводят к нарушению баланса. Поэтому при создании агроценозов необходимо учитывать связи между дикими и культурными видами.

Итак, агроценоз - это искусственный биогеоценоз. Человек создает его для получения различного вида продукции. Для этого он отбирает продуктивные сорта растений, породы животных, виды грибов или штаммы микроорганизмов. К основным характеристикам агроценоза относятся: плохо разветвленные отсутствие круговорота веществ и энергии, незначительное видовое разнообразие и постоянный контроль со стороны человека.

Проработав эти темы, Вы должны уметь:

1. Дать определения: "экология", "экологический фактор", "фотопериодизм", "экологическая ниша", "среда обитания", "популяция", "биоценоз", "экосистема", "продуцент", "консумент", "редуцент", "сукцессия", "агроценоз".
2. Приводить примеры фотопериодических реакций растений и, по возможности, животных.
3. Объяснить разницу между местообитанием популяции и ее нишей. Привести примеры на каждое из этих понятий.
4. Прокомментировать закон Шелфорда и уметь строить график зависимости организмов от абиотических факторов среды.
5. Описать пример успешного биологического метода борьбы с вредителями.
6. Объяснить причины демографического взрыва и возможные последствия, а также значение снижения рождаемости, которое, как правило, следует за снижением смертности.
7. Построить схему пищевой цепи; правильно указать трафический уровень каждого компонента данной экосистемы.
8. Построить схему простого круговорота следующих элементов: кислорода, азота, углерода.
9. Описать события, происходящие при зарастании озера; после вырубки леса.
10. Указать различия между агроценозом и биоценозом.
11. Рассказать о значении и структуре биосферы.
12. Объяснить, каким образом сельское хозяйство, использование ископаемого топлива и производство пластмасс способствуют загрязнению среды и предложить меры для предотвращения этого.

Иванова Т.В., Калинова Г.С., Мягкова А.Н. "Общая биология". Москва, "Просвещение", 2000

• Тема 18. "Среда обитания. Экологические факторы." глава 1; стр. 10-58
• Тема 19. "Популяции. Типы взаимоотношений организмов." глава 2 §8-14; стр. 60-99; глава 5 § 30-33
• Тема 20. "Экосистемы." глава 2 §15-22; стр. 106-137
• Тема 21. "Биосфера. Круговороты веществ." глава 6 §34-42; стр. 217-290

Биогео ценоз (синоним – экосистема) - однородный участок земли, в котором:

1.все его живые организмы (биоценоз ) и

2. косное вещество (абиотические факторы)объединены обменом веществ и энергии в единый устойчивый природный комплекс.

Примеры биогеоценоза: пруд, дубрава, луг, моховая кочка, трухлявый пень и др.

В биогеоценозе(экосистеме)три функциональные группы по типу питания:

1. Продуценты – Производители - зеленые растения, производящие живое вещество из неживого. Они аккумулируют солнечную энергию в процессе фотосинтеза и создают органические вещества, побочно выделяя кислород.

Тип питания – автотрофный.

2. Консументы– Потребители - организмы, использующие органические вещества продуцентов. К ним относятся животные:

Травоядные животные – Потребители 1-го порядка едят растительную пищу

Плотоядные хищники - Потребители 2-го порядка – животную пищу.

Тип питания - гетеротрофный.

3.Редуценты – Разрушители (сапротрофы, трупоеды)грибы и бактерии, черви, превращающие органическое вещество в минеральное, разлагая остатки мертвых растений, животных микроорганизмов. Гумус (перегной) вновь используются продуцентами.

Тип питания - гетеротрофный.

Деление по типу возникновения. Искусственная экосистема, созданная человеком – агроэкосистема.

Сравнительная характеристика биогеоценозов и агроценозов.

Черты сходства агроценоза и природного биогеоценоза.

1. Являются открытыми системами - поглощают солнечную энергию.2. Действуют факторы эволюции (искусственный или естественный отбор, борьба за существование, наследственная изменчивость)3. Состоят из продуцентов, консументов, редуцентов.4. В обеих системах действует правило экологической пирамиды.5. В основе сообщества лежат продуценты (автотрофные организмы), непосредственно использующие энергию Солнца для синтеза органических веществ - первое звено в цепи питания.6. В биогеоценозах любого типа существуют цепи питания.

В агроценозах значительно чаще происходит чрезмерное увеличение отдельных видов, названное Ч. Элтоном «экологическим взрывом». Из истории известны такие, например, «экологические взрывы»: в прошлом столетии грибок фитофторы уничтожил картофель во Франции и вызвал голод, а колорадский жук распространился в Америке до Атлантического океана и в начале XX в. проник в Западную Европу, в 40-х гг. – в европейскую часть России. В тяжелое послевоенное время этот жук буквально «очищал» наши поля, поскольку мы были не готовы к его нашествию.

Чтобы не происходило таких явлений, необходима искусственная регуляция численности вредителей с быстрым подавлением тех, которые только пытаются выйти из-под контроля. При этом часто мнение человека не совпадает с «мнением» природы об избыточной численности того или иного вредителя. Так, с позиций естественного отбора стабилизация численности яблоневой плодожорки на некотором уровне не вредит существованию яблони как вида, но человеку нужно гораздо больше качественных плодов для питания. Поэтому в сельскохозяйственной практике он применяет такие средства для подавления численности вредителей и в таком количестве, что они воздействуют во множество раз сильнее, чем природные абиотические и биотические регуляторы.

Упрощение природного окружения человека, с экологических позиций, очень опасно. Поэтому нельзя превращать весь ландшафт в агрохозяйственный, необходимо сохранять и умножать его многообразие, оставляя нетронутые заповедные участки, которые могли бы быть источником видов для восстанавливающихся в сукцессионных рядах сообществ.

Индустриально-городские экосистемы

О процессах урбанизации

Урбанизация – это рост и развитие городов, увеличение доли городского населения в стране за счет сельской местности, процесс повышения роли городов в развитии общества. Рост численности населения и его плотности – характерная черта городов. Исторически самым первым городом с миллионным населением был Рим во времена Юлия Цезаря (44–10 гг. до н. э.). Самым большим городом мира в наше время является Мехико – 14 млн человек по данным на 1990 г., в 2000 г. в нем ожидался 31 млн. К 2000 г. рубежа в 16 млн человек должны были достигнуть и даже превысить его такие города, как Бомбей, Каир, Джакарта и Карачи, рубежа в 20 млн и выше – Сан-Паулу, Калькутта, Сеул. Население Москвы к концу в 2002 г. составляет более 10 млн человек

Общая площадь урбанизированных территорий Земли в 1980 г. составила 4,69 млн км 2 , а к 2007 г. она достигнет 19 млн км 2 – 12,8% всей и более 20% жизнепригодной территории суши. К 2030 г. практически все население мира будет жить в поселках городского типа (Реймерс, 1990).

Плотность населения в городах, особенно крупных, составляет от нескольких тысяч до нескольких десятков тысяч человек на 1 км 2 , а в Гонконге – 1500 тыс. на 1 км 2 . Как известно, на человека не распространяется действие факторов, зависящих от плотности популяции, подавляющих размножение животных: интенсивность роста населения ими автоматически не снижается. Но объективно высокая плотность ведет к ухудшению здоровья, к появлению специфических болезней, связанных, например, с загрязнением среды, делает обстановку эпидемиологически опасной в случае вольного или невольного нарушения санитарных норм, и др.

Особенно интенсивно протекают процессы урбанизации в развивающихся странах, о чем красноречиво свидетельствуют вышеприведенные показатели роста численности городов в ближайшие годы.

Человек сам создает эти сложные урбанистические системы, преследуя благую цель – улучшить условия жизни, и не только просто «оградившись» от лимитирующих факторов, но и создав для себя новую искусственную среду, повышающую комфортность жизни. Однако это ведет к отрыву человека от естественной природной обстановки и к нарушению природных экосистем.

Урбанистические системы

Урбанистическая система (урбосистема) – «неустойчивая природно-антропогенная система, состоящая из архитектурно-строительных объектов и резко нарушенных естественных экосистем» (Реймерс, 1990).

По мере развития города в нем все более дифференцируются его функциональные зоны – это промышленная, селитебная, лесопарковая. Промышленные зоны – это территории сосредоточения промышленных объектов различных отраслей (металлургической, химической, машиностроительной, электронной и др.)- Они являются основными источниками загрязнения окружающей среды.

Селитебные зоны – это территории сосредоточения жилых домов, административных зданий, объектов культуры, просвещения и т. п.

Лесопарковая – это зеленая зона вокруг города, окультуренная человеком, т. е. приспособленная для массового отдыха, спорта, развлечения. Возможны ее участки и внутри городов, но обычно здесь городские парки – древесные насаждения в городе, занимающие достаточно обширные территории и тоже служащие горожанам для отдыха. В отличие от естественных лесов и даже лесопарков городские парки и подобные им более мелкие посадки в городе (скверы, бульвары) не являются самоподдерживающимися и саморегулируемыми системами.

Лесопарковая зона, городские парки и другие участки территории, отведенные и специально приспособленные для отдыха людей, называют рекреационными зонами (территориями, участками и т. п.).

Углубление процессов урбанизации ведет к усложнению инфраструктуры города. Значительное место начинает занимать транспорт и транспортные сооружения (автомобильные дороги, автозаправочные станции, гаражи, станции обслуживания, железные дороги со своей сложной инфраструктурой, в том числе подземные – метрополитен; аэродромы с комплексом обслуживания и др.). Транспортные системы пересекают все функциональные зоны города и оказывают влияние на всю городскую среду (урбосреду).

Среда, окружающая человекам этих условиях, – это совокупность абиотической и социальных сред, совместно и непосредственно оказывающих влияние на людей и их хозяйство. Одновременно, по Н. Ф. Реймерсу (1990), ее можно делить на собственно природную среду и преобразованную человеком природную среду (антропогенные ландшафты вплоть до искусственного окружения людей – здания, асфальт дорог, искусственное освещение и т. д., т. е. до искусственной среды). В целом же среда городская и населенных пунктов городского типа – это часть техносферы, т. е. биосферы, коренным образом преобразованной человеком в технические и техногенные объекты.

Помимо наземной части ландшафта в орбиту хозяйственной деятельности человека попадает и его литогенная основа, т. е. поверхностная часть литосферы, которую принято называть геологической средой (Е. М. Сергеев, 1979). Геологическая среда – это горные породы, подземные воды, на которые оказывает воздействие хозяйственная деятельность человека (рис. 10.2).

На городских территориях, в урбоэкосистемах, можно выделить группу систем, отражающую всю сложность взаимодействия зданий и сооружений с окружающей средой, которые называют природно-техническими системами (Трофимов, Епишин, 1985) (рис. 10.2). Они теснейшим образом связаны с антропогенными ландшафтами, с их геологическим строением и рельефом.

Таким образом, урбосистемы – это средоточие населения, жилых и промышленных зданий и сооружений. Существование урбосистем зависит от энергии горючих ископаемых и атомноэнергетического сырья, искусственно регулируется и поддерживается человеком.

Среда урбосистем, как ее географическая, так и геологическая части, наиболее сильно изменена и по сути дела стала искусственной, здесь возникают проблемы утилизации и реутилизации вовлекаемых в оборот природных ресурсов, загрязнения и очистки окружающей среды, здесь происходит все большая изоляция хозяйственно-производственных циклов от природного обмена веществ (биогеохимических оборотов) и потока энергии в природных экосистемах. И, наконец, именно здесь наибольшая плотность населения и искусственная среда, которые угрожают не только здоровью человека, но и выживанию всего человечества. Здоровье человека – индикатор качества этой среды.

Контрольные вопросы

1. Какой принцип положен Ю. Одумом в основу выделения четырех фундаментальных типов экосистем? Перечислите эти типы.

2. Что характерно для первого и второго типа экосистем (природных)?

3. Чем отличается третий тип экосистем (агроэкосистем) от похожих на них природных экосистем?

4. В чем особенности энергетики чевертого типа экосистем (индустриально-городских)?

5. Что такое урбанизация и урбанистические системы?

6. Что понимается под природно-технической системой и искусственной средой?

Практическая работа № 4

Тема: «Сравнительное описание естественных природных систем и агроэкосистемы».

1.. Цель: закрепить знания о структуре экосистем, научиться составлять описание природных и искусственных экосистем, объяснять различия между ними и их значение;

2. Порядок выполнения:

3.1. Отработка терминов и понятий.

3.2. Выполнение работы, решение заданий.

3.3. Выполнение тестового задания.

3. Схема отчета:

4.1. Тема и цель занятия.

4.2. Ответы к заданиям.

4.3. Ответы тестового задания.

Оборудование : учебник, таблицы

Ход работы.

Задание 1. Изучить описание природной экосистемы и распределить обитателей леса на 3 группы (продуценты, консументы, редуценты). Составить 3 цепи питания характерные для данной экосистемы.

Биоценоз лиственного леса характеризуется не только видовым разнообразием, но и сложной структурой. Растения, обитающие в лесу, различаются но высоте их наземных частей. В связи с этим в растительных сообществах выделяют несколько «этажей», или ярусов. Первый ярус - древесный -составляют самые светолюбивые виды - дуб, липа. Второй ярус включает менее светолюбивые и более низкорослые деревья - грушу, клен, яблоню. Третий ярус состоит из кустарников лещины, бересклета, калины и др. Четвертый ярус - травянистый. Такими же этажами распределены и корни растений. Ярусность наземных растений и их корней позволяет лучше использовать солнечный свет и минеральные запасы почвы. В травяном ярусе в течение сезона происходит смена растительного покрова. Одна группа трав, называемая эфемерами, - светолюбивые. Это медуница, хохлатка, ветреница; они начинают рост ранней весной, когда нет листвы на деревьях и поверхность почвы ярко освещена. Эти травы за короткий срок успевают образовать цветки, дать плоды и накопить запасные питательные вещества. Летом па этих местах под покровом распустившихся деревьев развиваются теневыносливые растения. Кроме растений в лесу обитают: в почве - бактерии, грибы, водоросли, простейшие, круглые и кольчатые черви, личинки насекомых и взрослые насекомые. В травяном и кустарниковом ярусах сплетают свои сети пауки. Выше в кронах лиственных пород обильны гусеницы пядениц, шелкопрядов, листоверток, взрослые формы жуков листоедов, хрущей. В наземных ярусах обитают многочисленные позвоночные - амфибии, рептилии, разнообразные птицы, из млекопитающих - грызуны (полевки, мыши), зайцеобразные, копытные (лоси, олени), хищные - лисица, волк. В верхних слоях почвы встречаются кроты.

Задание 2. Изучите агроценоз пшеничного поля и распределите обитателей леса на 3 группы (продуценты, консументы, редуценты). Составить 3 цепи питания характерные для данной агроэкосистемы.

Его растительность составляют, кроме самой пшеницы, еще и различные сорняки: марь белая, бодяк полевой, донник желтый, вьюнок полевой, пырей ползучий. Кроме полевок и других грызунов, здесь встречаются зерноядные и хищные птицы, лисы, трясогузка, дождевые черви, жужелицы, клоп вредная черепашка, тля, личинки насекомых, божья коровка, наездник. Почву населяют дождевые черви, жуки, бактерии и грибы, разлагающие и минерализующие солому и корни пшеницы, оставшиеся после сбора урожая.

Задание 3. Дайте оценку движущим силам, формирующим природные и агроэкосистемы. Внесите следующие утверждения в таблицу:

действует на экосистему минимально,

не действует на экосистему,

действие направлено на достижение максимальной продуктивности.

Искусственный отбор

действует на экосистему минимально

действие направлено на достижение максимальной продуктивности

Задание 4. Оценить некоторые количественные характеристики экосистем. (больше, меньше)

Правильный ответ выделен жирным шрифтом!!!

Контрольные вопросы (тестирование):

1. Основным источником энергии для агроэкосистем являются
А) минеральные удобрения
Б) солнечные лучи
В) органические удобрения? Г) почвенные воды

2. Почему поле, засеянное культурными растениями, нельзя считать природной экосистемой
А) отсутствуют цепи питания
Б) не происходит круговорот веществ
В) кроме солнечной используется дополнительная энергия
Г) растения не располагаются в пространстве ярусами

3. В чем проявляется сходство плантации сахарной свеклы и экосистемы луга
А) имеют незамкнутый круговорот веществ
Б) для них характерна небольшая длина цепей питания В) в них отсутствуют вторичные консументы (хищники)
Г) имеют пищевые цепи и сети

4. Агроценоз считают искусственной экосистемой, так как он
А) существует только за счёт энергии солнечного света
Б) не может существовать без дополнительной энергии
В) состоит из продуцентов, консументов и редуцентов
Г) не включает консументов и редуцентов

5. Большую роль в повышении продуктивности агроэкосистем играет
А) превышение нормы высева семян
Б) введение севооборота на полях
В) выращивание растений одного вида
Г) увеличение площади агроценоза

6. Агроценозы характеризуются
А) доминированием монокультуры
Б) уменьшением численности вредителей
В) разнообразием входящих в них видов организмов
Г) уменьшением конкурентоспособности культурных растений

7. При уничтожении ядохимикатами насекомых-вредителей иногда наблюдается их массовое размножение, так как
А) увеличивается численность хищных птиц
Б) ускоряется рост сельскохозяйственных растений
В) уничтожаются их естественные враги
Г) уменьшается численность культурных растений

8. Агроэкосистема, в сравнении с естественной экосистемой, менее устойчива, так как
А) она состоит из большого разнообразия видов
Б) в ней замкнутый круговорот веществ и энергии
В) продуценты в ней усваивают энергию Солнца
Г) она имеет короткие пищевые цепи

Вывод: Необходимо не только создавать искуственные экосистемы, но и сохранять природные. Требуется тщательная охрана данных экосистем, ведь всё то что сотворила природа гораздо лучше чем искуственные экосистемы. Движущие силы в природных и агроэкосистемах, являются главными факторами, которые поддерживают и помогают развиваться этим экосистемам.