Сравнительная характеристика экосистем и агроэкосистем. Естественные и искусственные экосистемы

Экосистемы — это одно из ключевых понятий экологии, которое представляет собой систему, включающую в себя несколько компонентов: сообщество животных, растений и микроорганизмов, характерную среду обитания, целую систему взаимосвязей, благодаря которым осуществляется взаимообмен веществами и энергиями.

В науке существует несколько классификаций экосистем. Одна из них разделяет все известные экосистемы на два больших класса: естественные, созданные природой, и искусственные — те, что создал человек. Рассмотрим каждый из этих классов подробнее.

Естественные экосистемы

Как уже отмечалось выше, естественные, природные экосистемы образовались в результате действия сил природы. Для них характерны:

Тесная взаимосвязь органических и неорганических веществ
Полный, замкнутый круг круговорота веществ: начиная от появления органического вещества и заканчивая его распадом и разложением на неорганические компоненты.
Устойчивость и способность к самовосстановлению.

Все природные экосистемы определяются следующими признаками:

1. Видовая структура : численность каждого вида животного или растения регулируется природными условиями.
2. Пространственная структура : все организмы располагаются в строгой горизонтальной или вертикальной иерархии. Например, в лесной экосистеме четко выделяются ярусы, в водной — размещение организмов зависит от глубины воды.
3. Биотические и абиотические вещества . Организмы, составляющие экосистему, делятся на неорганические (абиотические: свет, воздух, почва, ветер, влажность, давление) и органические (биотические — животные, растения).
4. В свою очередь биотический компонент делится на производителей, потребителей и разрушителей. К производителям относят растения и бактерии, которые с помощью солнечного света и энергии создают из неорганических веществ органику. Потребители — это животные и плотоядные растения, которые питаются этой органикой. Разрушители (грибы, бактерии, некоторые микроорганизмы) являются венцом пищевой цепочки, так как производят обратный процесс: органику превращают в неорганические вещества.

Пространственные границы каждой природной экосистемы весьма условны. В науке принято определять эти границы естественными очертаниями рельефа: например, болото, озеро, горы, реки. Но в совокупности, все экосистемы, слагающие биооболочку нашей планеты, считаются открытыми, так как они взаимодействуют с окружающей средой и с космосом. В самом общем представлении картина выглядит так: живые организмы получают из окружающей среды энергию, космические и земные вещества, а на выходе — осадочные породы и газы, уходящие в итоге в космос.

Все компоненты природной экосистемы находятся в тесной взаимосвязи. Принципы этой связи складываются годами, иногда столетиями. Но именно поэтому они и становятся настолько устойчивы, так как эти связи и климатические условия и определяют виды животных и растений, которые обитают в данном ареале. Любое нарушение равновесия в природной экосистеме может привести к ее исчезновению или затуханию. Таким нарушением может стать, например, вырубка леса, истребление популяции того или иного вида животных. В этом случае сразу нарушается пищевая цепочка, и экосистема начинает "сбоить".

К слову, привнесение дополнительных элементов в экосистемы также способно нарушить ее. Например, если человек начнет разводить в выбранной экосистеме животных, которых там изначально не было. Яркое подтверждение тому — разведение кроликов в Австралии. Сначала это было выгодно, так как в такой благодатной среде и прекрасных для разведения климатических условиях, кролики стали размножаться с невероятной быстротой. Но в итоге все свелось к краху. Несметные полчища кроликов опустошали пастбища, где раньше паслись овцы. Численность овец стала снижаться. А продуктов от одной овцы человек получает гораздо больше, чем от 10 кроликов. Этот случай вошел даже в поговорку: "Кролики съели Австралию". Понадобилось неимоверное усилие ученых и большие затраты, прежде чем удалось избавиться от поголовья кроликов. Полностью их популяцию в Австралии истребить не удалось, но их численность сократилась и уже не угрожала экосистеме.

Искусственные экосистемы

Искусственными экосистемами называют сообщества животных и растений, обитающих в условиях, которые создал для них человек. Их еще называют нообиогеоценозами или социоэкосистемами. Примеры: поле, пастбище, город, общество, космический корабль, зоосад, сад, искусственный пруд, водохранилище.

Самым простым примером искусственной экосистемы является аквариум. Здесь ареал обитания ограничен стенками аквариума, приток энергии, света и питательных веществ осуществляется человеком, он же регулирует температуру и состав воды. Численность обитателей также изначальна определена.

Первая особенность: все искусственные экосистемы являются гетеротрофными , т.е потребляющими готовую пищу. Возьмем для примера город — одну из самых больших искусственных экосистем. Здесь огромную роль играет приток искусственно созданной энергии (газопровод, электричество, продукты питания). В то же время, такие экосистемы характеризуются большим выходом ядовитых веществ. То есть, те вещества, которые в природной экосистеме в дальнейшем служат для производства органики, в искусственных зачастую становятся непригодными.

Еще одна отличительная особенность искусственных экосистем — незамкнутый цикл обмена веществ. Возьмем для примера агроэкосистемы — наиболее важные для человека. К ним относятся поля, сады, огороды, пастбища, фермы и прочие сельскохозяйственные угодья, на которых человек создает условия для выведения продуктов потребления. Часть пищевой цепочки в таких экосистемах человек вынимает (в виде урожая), а потому пищевая цепочка становится разрушенной.

Третьим отличием искусственных экосистем от природных является их видовая малочисленность . Действительно, человек создает экосистему ради выведения одного (реже нескольких) видов растений или животных. Например, на пшеничном поле уничтожаются все вредители и сорняки, культивируется лишь пшеница. Это дает возможность получить лучший урожай. Но в то же время, уничтожение "невыгодных" для человека организмов делает экосистему неустойчивой.

Сравнительная характеристика природных и искусственных экосистем

Сравнение природных экосистем и социоэкосистем удобнее представить в виде таблицы:

Природные экосистемы	Искусственные экосистемы
Главный компонент — солнечная энергия.	В основном, получает энергию из топлива, и готовой пищи (гетеротрофны)
Формирует плодородную почву	Истощает почву
Все природные экосистемы поглощают углекислый газ и производят кислород	Большинство искусственных экосистем потребляет кислород и продуцирует углекислый газ
Большое видовое разнообразие	Ограниченное количество видов организмов
Высокая устойчивость, способность к саморегуляции и самовосстановлению	Слабая устойчивость, так как такая экосистема зависит от деятельности человека
Замкнутый обмен веществ	Незамкнутая цепь обмена веществ
Создает места обитания диких животных и растений	Разрушает ареалы дикой природы
Накапливает воду, разумно расходуя ее и очищая	Большой расход воды, ее загрязнение

Лекция №5 . Искусственные экосистемы

5.1 Естественные и искусственные экосистемы

В биосфере помимо естественных биогеоценозов и экосистем существуют сообщества, искусственно созданные хозяйственной деятельностью человека, - антропогенные экосистемы.

Естественные экосистемы отличаются значительным видовым разнообразием, существуют длительное время, они способны к саморегуляции, обладают большой стабильностью, устойчивостью. Созданная в них биомасса и питательные вещества остаются и используются в пределах биоценозов, обогащая их ресурсы.

Искусственные экосистемы – агроценозы (поля пшеницы, картофеля, огороды, фермы с прилегающими пастбищами, рыбоводные пруды и др.) составляют небольшую часть поверхности суши, но дают около 90% пищевой энергии.

Развитие сельского хозяйства с древних времен сопровождалось полным уничтожением растительного покрова на значительных площадях для того, чтобы освободить место для небольшого количества отобранных человеком видов, наиболее пригодных для питания.

Однако первоначально деятельность человека в сельскохозяйственном обществе вписывалась в биохимический круговорот и не изменяла притока энергии в биосфере. В современном сельскохозяйственном производстве резко возросло использование синтезированной энергии при механической обработке земли, использовании удобрений и пестицидов. Это нарушает общий энергетический баланс биосферы, что может привести к непредсказуемым последствиям.

Сравнение природной и упрощенной антропогенной экосистем

(по Миллеру, 1993)

Природная экосистема (болото, луг, лес)	Антропогенная экосистема (поле, завод, дом)
Получает, преобразует, накапливает солнечную энергию	Потребляет энергию ископаемого и ядерного топлива
Продуцирует кислород и потребляет диоксид углерода	Потребляет кислород и продуцирует диоксид углерода при сгорании ископаемого
Формирует плодородную почву	Истощает или представляет угрозу для плодородных почв
Накапливает, очищает и постепенно расходует воду	Расходует много воды, загрязняет ее
Создает местообитания различных видов дикой природы	Разрушает местообитания многих видов дикой природы
Бесплатно фильтрует и обеззараживает загрязнители и отходы	Производит загрязнители и отходы, которые должны обеззараживаться за счет населения
Обладает способностью самосохранения и самовосстановления	Требует больших затрат для постоянного поддержания и восстановления

5.2 Искусственные экосистемы

5.2.1 Агроэкосистемы

Агроэкосистема (от греч. agros - поле) - биотическое сообщество, созданное и регулярно поддерживаемое человеком с целью получения сельскохозяйственной продукции. Обычно включает совокупность организмов, обитающих на землях сельхозпользования.

К агроэкосистемам относят поля, сады, огороды, виноградники, крупные животноводческие комплексы с прилегающими искусственными пастбищами.

Характерная особенность агроэкосистем - малая экологическая надежность, но высокая урожайность одного (нескольких) видов или сортов культивируемых растений или животных. Главное их отличие от естественных экосистем - упрощенная структура и обедненный видовой состав.

Агроэкосистемы отличаются от естественных экосистем рядом особенностей:

1.Разнообразие живых организмов в них резко снижено для получения максимально высокой продукции.

На ржаном или пшеничном поле кроме злаковой монокультуры можно встретить разве что несколько видов сорняков. На естественном лугу биологическое разнообразие значительно выше, но биологическая продуктивность во много раз уступает засеянному полю.

Искусственная регуляция численности вредителей - по большей части необходимое условие поддержания агроэкосистем. Поэтому в сельскохозяйственной практике применяют мощные средства подавления численности нежелательных видов: ядохимикаты, гербициды и т.д. Экологические последствия этих действий приводят, однако, к ряду нежелательных эффектов, кроме тех, для которых они применяются.

2.Виды сельскохозяйственных растений и животных в агроэкосистемах получены в результате действия искусственного, а не естественного отбора, и не могут выдерживать борьбу за существование с дикими видами без поддержки человека.

В результате происходит резкое сужение генетической базы сельскохозяйственных культур, которые крайне чувствительны к массовому размножению вредителей и болезням.

3. Агроэкосистемы более открыты, из них вещество и энергия изымаются с урожаем, животноводческой продукцией, а также в результате разрушения почв.

В естественных биоценозах первичная продукция растений потребляется в многочисленных цепях питания и вновь возвращается в систему биологического круговорота в виде углекислого газа, воды и элементов минерального питания.

В связи с постоянным изъятием урожая и нарушением процессов почвообразования, при длительном выращивании монокультуры на культурных землях постепенно происходит снижение плодородия почв. Данное положение в экологии называется законом убывающего плодородия .

Таким образом, для расчетливого и рационального ведения сельского хозяйства необходимо учитывать обеднение почвенных ресурсов и сохранять плодородие почв с помощью улучшенной агротехники, рационального севооборота и других приемов.

Смена растительного покрова в агроэкосистемах происходит не естественным путем, а по воле человека, что не всегда хорошо отражается на качестве входящих в нее абиотических факторов. Особенно это касается почвенного плодородия.

Главное отличие агроэкосистемы от природных экосистем - получение дополнительной энергии для нормального функционирования.

Под дополнительной понимается любой тип энергии, привносимой в агроэкосистемы. Это может быть мускульная сила человека или животных, различные виды горючего для работы сельскохозяйственных машин, удобрения, пестициды, ядохимикаты, дополнительное освещение и т.д. В понятие «дополнительная энергия» входят также новые породы домашних животных и сорта культурных растений, внедряемые в структуру агроэкосистем.

Следует отметить, что агроэкосистемы - крайне неустойчивые сообщества . Они не способны к самовосстановлению и саморегулированию, подвержены угрозе гибели от массового размножения вредителей или болезней.

Причина нестабильности состоит в том, что агроценозы слагаются одним (монокультуры) или реже максимум 2–3 видами. Именно поэтому любая болезнь, любой вредитель может уничтожить агроценоз. Однако человек сознательно идет на упрощение структуры агроценоза, чтобы получить максимальный выход продукции. Агроценозы в гораздо большей степени, чем естественные ценозы (лес, луг, пастбища), подвержены эрозии, выщелачиванию, засолению и нашествию вредителей. Без участия человека агроценозы зерновых и овощных культур существуют не более года, ягодных растений – 3–4, плодовых культур – 20–30 лет. Затем они распадаются или отмирают.

Преимуществом агроценозов перед естественными экосистемами является производство необходимых для человека продуктов питания и большие возможности увеличения продуктивности. Однако они реализуются только при постоянной заботе о плодородии земли, обеспечении растений влагой, охране культурных популяций, сортов и пород растений и животных от неблагоприятных воздействий естественной флоры и фауны.

Все искусственно создаваемые в сельскохозяйственной практике агроэкосистемы полей, садов, пастбищных лугов, огородов, теплиц представляют собой системы, специально поддерживаемые человеком .

В отношении к сообществам, складывающимся в агроэкосистемах, постепенно меняются акценты в связи с общим развитием экологических знаний. На смену представлениям об обрывочности, осколочности ценотических связей и предельной упрощенности агроценозов возникает понимание их сложной системной организации, где человек существенно влияет лишь на отдельные звенья, а вся система продолжает развиваться по естественным, природным законам.

С экологических позиций крайне опасно упрощать природное окружение человека, превращая весь ландшафт в агрохозяйственный. Основная стратегия создания высокопродуктивного и устойчивого ландшафта должна заключаться в сохранении и умножении его многообразия.

Наряду с поддержанием высокопродуктивных полей следует особенно заботиться о сохранении заповедных территорий, не подвергающихся антропогенному воздействию. Заповедники с богатым видовым разнообразием являются источником видов для восстанавливающихся в сукцессионных рядах сообществ.

Сравнительная характеристика природных экосистем и агроэкосистем

Природные экосистемы	Агроэкосистемы
Первичные естественные элементарные единицы биосферы, сформировавшиеся в ходе эволюции	Вторичные трансформированные человеком искусственные элементарные единицы биосферы
Сложные системы со значительным количеством видов животных и растений, в которых господствуют популяции нескольких видов. Им свойственно устойчивое динамическое равновесие, достигаемое саморегуляцией	Упрощенные системы с господством популяций одного вида растения или животного. Они устойчивы и характеризуются непостоянством структуры своей биомассы
Продуктивность определяется приспособительными особенностями организмов, участвующих в круговороте веществ	Продуктивность определяется уровнем хозяйственной деятельности и зависит от экономических и технических возможностей
Первичная продукция используется животными и участвует в круговороте веществ. «Потребление» происходит почти одновременно с «производством»	Урожай собирают для удовлетворения потребностей человека и на корм скоту. Живое вещество некоторое время накапливается, не расходуясь. Наиболее высокая продуктивность развивается лишь на короткое время

5.2.2.Индустриально-городские экосистемы

Совсем по-другому обстоит дело в экосистемах к которым относятся индустриально-городские системы - здесь энергия топлива полностью заменяет солнечную энергию. По сравнению с потоком энергии в природных экосистемах - здесь ее расход на два-три порядка выше.

В связи со сказанным выше, следует отметить, что искусственные экосистемы не могут существовать без природных систем, в то время как природные экосистемы могут существовать без антропогенных..

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 человека в этих условиях, - это совокупность абиотической и социальных сред, совместно и непоредственно 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.

Цель урока:

Сформировать у учащихся систему знаний о структуре и функционировании биоценозов, созданных человеком, об основных признаках, характеризующих агроценоз.
Научить школьников сравнивать естественный биогеоценоз и агроценоз; объяснить причины выявленного сходства и различия уметь прогнозировать изменения в них.
Убедить старшеклассников в том, что между агроценозом и природным биогеоценозом может быть достигнуто гармоничное сочетание, что естественные сообщества не должны быть полностью заменены сельскохозяйственными угодьями.
Научить применять полученные знания в жизни.
Обеспечить усвоение материала с использованием образовательных ресурсов "Электронное средство учебного издания "Экология" ООО "Дрофа" ЗАО "1С".

1. Организационный момент

Включается музыка с записями шума леса и пения птиц.

Обращение к школьникам: "У нас на уроке сегодня гости, посмотрите на них и улыбнитесь, ведь вы рады видеть их сегодня здесь".

2. Проверка знаний.

(Ребята под музыку выполняют задание, выданное на листах)

1. В приведённом перечне найдите и подчеркните разными цветами названия продуцентов, консументов и редуцентов.

Папоротник, муравей, белый гриб, хемосинтезирующая бактерия, стрекоза, дождевой червь, гнилостная бактерия, цианобактерия, лев, мухомор, кактус, человек.

2. Укажите (обозначьте цифрами), в какой последовательности могут входить в пищевую цепь следующие организмы: человек, одноклеточная водоросль, дафния, судак, пескарь.

3. Среди приведённых утверждений подчеркните правильные:

А. Источником энергии для редуцентов является окисление неорганических веществ.

Б. Численность консументов обычно меньше численности продуцентов.

В. Самой высокопродуктивной экосистемой является Мировой океан.

Г. Самыми малопродуктивными экосистемами являются пустыни.

Д. Высокопродуктивные экосистемы являются самовоспроизводящими, а низкопродуктивные - нет.

Е. Экосистемы с малым видовым разнообразием неустойчивы.

Ж. Существование пищевых сетей является условием устойчивости экосистемы.

З. Механизмом саморегуляции экосистем является дрейф генов.

И. Агроценоз - одна из самых устойчивых экосистем, потому что в нём снижено действие естественного отбора.

4. Заполните таблицу, используя приведённый ниже список

Искусственные экосистемы	Естественные экосистемы

Тайга, пруд, Озеро, альпийский луг, пшеничное поле, парк, коралловый остров.

Как называется естественный биоценоз? (биогеоценоз).

Как называется искусственный биоценоз? (агроценоз).

Вместе с учащимися проверяем задание 4.

На доске написана следующая схема:

Работа с определением "агроценоз"

От греческого "агрос" - поле "биос" - жизнь, "ценоз" - общий.

Определение: агроценоз - это созданный человеком биоценоз.

Использование электронного средства учебного издания "Экология" ООО

"Дрофа" ЗАО "1С"- видеофрагмент "Агроценоз и агроэкосистема"

Обратимся к таблице и сравним биогеоценоз с агроценозом. Материал отпечатан на отдельном листе.

Посмотрите на таблицу и сравните в чём особенность искусственного биогеоценоза?

Сравнительная характеристика биогеоценозов и агроценозов.

Сравниваемая категория	биогеоценоз	агроценоз
Направление действия отбора	Действует естественный отбор, выбраковывающий нежизнеспособные особи и сохраняющий приспособления к условиям среды, т. е. отбор, формирует устойчивую экосистему	Действие естественного отбора ослаблено человеком; преимущественно осуществляется искусственный отбор в направлении сохранения организмов с максимальной продуктивностью
Круговорот основных питательных элементов	Все элементы, потреблённые растениями, животными и др. организмами, возвращаются в почву, т. е. круговорот осуществляется полностью.	Часть питательных элементов выносится из круговорота с массой выращенных и собранных в качестве урожая организмов, т. е. круговорот не осуществляется
Видовое разнообразие и устойчивость	Отличаются, как правило, большим видовым разнообразием организмов, находящихся в сложных взаимосвязях друг с другом, обеспечивающих устойчивость	Количество видов часто ограничено одним, двумя; взаимосвязи организмов не могут обеспечить устойчивость.
Способность к саморегуляции, самоподдержанию и сменяемости	Саморегулирующиеся, постоянно возобновляющиеся, способные к направленной сменяемости одного сообщества другим (сукцессия).	Регулируются и контролируются человеком через изменение природных факторов (орошение), борьбу с сорняками и вредителями, смену сортов, повышение продуктивности.
Продуктивность (количество биомассы, создаваемой на единицу площади)	Биомасса экосистем суши превышает продуктивность экосистем Мирового океана в 3 раза; основная продукция биомассы потребляется консументами.	Занимая 10%площади суши, производят ежегодно 2,5 млрд. т сельскохозяйственной продукции; отличаются значительно большей продуктивностью, чем биогеоценозы

Сравните экосистему луга и поля. Заполните таблицу:

Черты сходства агроценоза и природного биогеоценоза.

Являются открытыми системами (например, поглощают солнечную энергию извне).
Внутри каждого из них действуют факторы эволюции (искусственный или естественный отбор, борьба за существование, наследственная изменчивость)
Имеют сходную структуру (состоят из продуцентов, консументов, редуцентов).
И в том и в другом биогеоценозах действует правило экологической пирамиды.
В основе сообщества лежат продуценты (автотрофные организмы), непосредственно использующие энергию Солнца для синтеза органических веществ.
В биогеоценозах любого типа существуют цепи питания.

Это интересно:

На первых этапах развития земледелия агроценозы были более устойчивы, чем современные. Пашни занимали сравнительно небольшие площади в окружении естественной растительности. Был богат мир животных - регуляторов и опылителей. Культурные растения не были чистыми сортами и представляли смесь разных по наследственным качествам форм. В засушливые годы выживали одни формы, во влажные - другие. Сорняки на полях привлекали разнообразных насекомых. Существовала система связей, близких к природным. Такие агроценозы давали относительно невысокие, но надежные урожаи, и вспышки численности вредителей в них были редкими.

С развитием интенсивного товарного земледелия урожайность полей возросла, но устойчивость и запасы прочности экосистем резко понизились. Еще более 100 лет назад был сформулирован закон убывающего плодородия, по которому сельскохозяйственное производство непременно ведет к истощению и деградации почв.

С развитием экологии стало понятно, что приостановить действие этого закона может только планирование сельскохозяйственного производства на экосистемных принципах.

Преимуществом биологических методов борьбы с вредителями является их избирательное действие лишь на определенные, нежелательные в агроценозе виды .

Рис. 1.
Наездники и яйцееды - помощники человека в борьбе с вредителями сельского хозяйства:
слева вверху и внизу - самки яйцеедов на яйцах насекомого-хозяина
справа вверху - наездник на тле
справа внизу - погибшие тли после развития в них наездников

Листогрызущие насекомые в небольшом количестве полезны культурным растениям. Их деятельность осветляет полог листьев и улучшает световой режим для фотосинтеза . При невысокой доле повреждений растения быстро отращивают съеденную листву без потерь общей урожайности. Виды насекомых, потребляющих культурные растения, считаются вредителями, когда превышают определенный уровень численности и их деятельность начинает снижать урожай. Этот уровень называют "порогом вредоносности ". Если вид не достигает порога вредоносности, он не считается вредителем и борьбу с ним не проводят.

Культурные растения сильно различаются по устойчивости к засорению. Количество сорняков, губительное для одного вида, почти не вредит другому. Если принять урожай в чистом посеве за единицу, то на сильно засоренных участках он оставит для пшеницы 0,75, для картофеля - 0,65, кукурузы - 0,56, льна - 0,42, сахарной свеклы - 0,23, хлопчатника - 0,12. Таким образом, пшеница - наиболее устойчивая к засорению культура. При покрытии 10-15% почвы сорняками затраты на химическую прополку на полях пшеницы обычно не окупаются прибавкой урожая и можно избежать применения ядохимикатов.

Решите задачу.

Исследователями установлено, что на каждом квадратном метре мелких полей капусты насчитывается в среднем до 69 гусениц капустной белянки, а на одном квадратном метре больших полей обнаружено не более одной гусеницы. При этом вредители и на больших полях, и на маленьких полях в большей степени сконцентрированы в краевой полосе агроценозов шириной 30-40 метров. Аналогичные результаты получены и при учёте плотности популяций других вредителей сельскохозяйственных культур: комплекса крестоцветных блошек, льняной блошки, клеверного семяеда и прочих насекомых - фитофагов. Почему численность насекомых-вредителей сельскохозяйственных культур значительно выше на краях агроценозов и небольших полях? Какие меры можно порекомендовать для сокращения степени повреждения сельскохозяйственных культур насекомыми-фитофагами, учитывая особенности их распространения.

Закрепление материала:

1. Запишите цепи питания в агроценозах. Почему цепи питания в агроценозе небольшие? Какие условия следует соблюдать при создании агроценозов?

Почему на планете не могут преобладать агроценозы? К чему это может привести?

Выберите из приведённых положений, что относится к агроценозу, а что к биогеоценозу:

состоят из большого числа видов;
способны к саморегуляции;
неспособны к саморегуляции;
состоят из небольшого числа видов;
все поглощенные растениями элементы питания со временем возвращаются в почву;
значительная часть элементов питания изымается из почвы, для возмещения потерь необходимо постоянно вносить удобрения;
единственным источником энергии является солнечный свет;
основной движущей силой эволюции является искусственный отбор;
основной движущей силой эволюции является естественный отбор;
процветание, сохранение и высокая продуктивность связаны с деятельностью человека.

2. Подумайте над тем, для чего используют севооборот в агроценозе?

Домашнее задание:

Общая биология учебник для 10-11 классов под редакцией Д.К. Беляева стр.261-262.

1. Построить модель искусственной экосистемы аквариума, учитывая все необходимые условия.

2. Составить свою схему 5-польного севооборота, учитывая необходимые требования.

Проработав эти темы, Вы должны уметь:

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

Природа многогранна и прекрасна. Можно сказать, что это целая система, включающая в себя как живую, так и неживую природу. Внутри нее много других различных, уступающих ей по масштабу систем. Но не все они полностью созданы природой. В некоторые из них свою лепту вносит человек. Антропогенный фактор способен кардинально поменять природный ландшафт и его направленность.

Агроэкосистема - возникшая в результате антропогенной деятельности. Люди могут вспахать землю, засадить территорию деревьями, но, что бы мы не делали, нас всегда окружала и будет окружать природа. В этом некая ее особенность. Чем агроэкосистемы отличаются от природных экосистем? В этом стоит разобраться.

в целом

Вообще, экологическая система - это любая совокупность органических и неорганических компонентов, в которой существует круговорот веществ.

Будь то природная или созданная руками человека, она все равно является экологической системой. Но все же, чем агроэкосистемы отличаются от природных экосистем? Обо всем по порядку.

Природная экосистема

Природная система, или, как ее еще называют, биогеоценоз, - это совокупность органических и неорганических компонентов на участке земной поверхности с однородными природными явлениями: атмосфера, горные породы, гидрологические условия, почвы, растения, животные и мир микроорганизмов.

Природная система имеет свою структуру, которая включает в себя следующие компоненты. Продуценты, или, как их еще называют, автотрофы - это все те растения, способные производить органическое вещество, то есть способные к фотосинтезу. Консументы - это те, кто питается растениями. Стоит отметить, что они относятся к первому порядку. Кроме этого, имеются консументы и других порядков. И, наконец, другая группа - это группа редуцентов. Сюда принято относить различного рода бактерии, грибы.

Структура природной экосистемы

В любой экосистеме выделяют пищевые цепи, пищевую сеть и трофические уровни. Пищевая цепь - это последовательное перенесение энергии. Пищевой сетью называются все цепи, соединенные между собой. Трофические уровни - это те места, которые занимают организмы в цепях питания. Продуценты относятся к самому первому уровню, ко второму относят консументов первого порядка, к третьему - второго порядка и так далее.

Сапрофитная цепь или по-другому детритная, начинается с отмерших остатков и заканчивается каким-либо видом животного. Существует всеядная пищевая цепь. Пастбищная выедания) в любом случае начинается с фотосинтезирующих организмов.

Это все то, что касается биогеоценоза. А чем агроэкосистемы отличаются от природных экосистем?

Агроэкосистема

Агроэкосистема - это экосистема, созданная человеком. Сюда можно отнести сады, пашни, виноградники, парки.

Как и предыдущая, агроэкосистема включает в себя следующие блоки: продуценты, консументы, редуценты. К первым относятся культурные растения, сорные растения, растения пастбищ, садов и лесополос. Консументы - это все сельскохозяйственные животные и человек. Блок редуцентов - это комплекс почвенных организмов.

Виды агроэкосистем

Создание антропогенных ландшафтов включает в себя несколько видов:

сельскохозяйственные ландшафты: пашни, пастбища, орошаемые земли, сады и другие;
лесные: лесопарки, полезащитные лесные полосы;
водные: пруды, водохранилища, каналы;
городские: города, поселки;
промышленные: шахты, карьеры.

Существует и другая классификация агроэкосистем.

Типы агроэкосистем

В зависимости от уровня хозяйственного использования, системы делятся на:

агросферу (глобальную экосистему),
аграрный ландшафт,
агроэкосистему,
агроценоз.

В зависимости от энергетической особенности природных зон деление происходит на:

тропический;
субтропический;
умеренный;
арктический типы.

Первый характеризуется высоким обеспечением теплом, непрерывной вегетацией и преобладанием многолетних культур. Второй - двумя периодами вегетации, а именно летним и зимним. Третий тип имеет лишь один период вегетации, а также долгий период покоя. Что касается четвертого типа, то тут возделывание культур очень затруднено по причине низких температур, а также похолоданий на длительное время.

Разнообразие признаков

Все культурные растения должны обладать определенными свойствами. Во-первых, высокой экологической пластичностью, то есть способностью давать урожай в широком диапазоне колебаний климатических условий.

Во-вторых, гетерогенностью популяций, то есть в каждой из них должны быть растения, различные по таким признакам, как время цветения, устойчивость к засухе, морозоустойчивость.

В-третьих, скороспелостью - способностью к быстрому развитию, которое будет опережать развитие сорных растений.

В-четвертых, устойчивостью к грибковым и другим болезням.

В-пятых, устойчивостью к вредным насекомым.

Сравнительная и агроэкосистем

Кроме того, о чем было сказано выше, данные экосистемы сильно отличаются и по ряду других признаков. В отличие от природных, в агроэкосистеме главным потребителем является сам человек. Именно он стремится к максимальному получению первичной продукции (растениеводческой) и вторичной (животноводческой). Вторым потребителем являются сельскохозяйственные животные.

Второе отличие заключается в том, что агроэкосистема формируется и регулируется человеком. Многие задают вопрос, почему агроэкосистема менее устойчива, чем экосистема. Все дело в том, что в них слабо выражена способность к саморегуляции и самовозобновлению. Без участия человека существуют лишь непродолжительное время.

Следующее различие - это отбор. Устойчивость природной экосистемы обеспечивает естественный отбор. В агроэкосистеме он искусственный, обеспечивается человеком и направлен на получение максимально возможной продукции. Энергия, получаемая агросистемой, включает в себя солнце и все то, что дает человек: орошение, удобрения и так далее.

Природный биогеоценоз питается лишь естественной энергией. Как правило, растения, выращиваемые человеком, включают в себя несколько видов, в то время как природная экосистема отличается огромным разнообразием.

Различный питательный баланс - еще одно отличие. Продукция растений в естественной экосистеме используется во многих цепях питания, но тем не менее все равно возвращается в систему. Получается круговорот веществ.

Чем агроэкосистемы отличаются от природных экосистем?

Природная и агроэкосистема во многом отличаются друг от друга: растениями, потреблением, жизненностью, устойчивостью к вредителям и болезням, видовым разнообразием, типом отбора и многими другими признаками.

Экосистема, созданная человеком, имеет как преимущества, так и недостатки. Природная же система, в свою очередь, не может иметь каких-либо минусов. В ней все прекрасно и гармонично.

Создавая искусственные системы, человек должен бережно относиться к природе, чтобы не нарушать эту гармонию.