Контрольная работа по "Экологии"

    Сельскохозяйственные экосистемы (агроэкосистемы) занимают около 1/3 территории суши, при этом 10% - это пашня, а остальное – естественные кормовые угодья. Агроэкосистемы относятся к фотоавтотрофным – имеют ту же принципиальную схему функционирования с передачей энергии по цепи «продуценты – консументы – редуценты», что и естественные наземные экосистемы. Их отличие заключается в том, что состав, структура и функция управляются не естественными механизмами самоорганизации, а человеком. Как пишет Ю.Одум (1986), человек стоит на вершине экологической пирамиды и стремится спрямить пищевые цепи так, чтобы получать максимальное количество первичной (растениеводческой) и вторичной (животноводческой) продукции нужного качества.

    Главная цель создаваемых сельхозсистем  – рациональное использование  тех биологических ресурсов, которые непосредственно вовлекаются в сферу деятельности человека – источники пищевых продуктов, технологического сырья, лекарственных препаратов. Сюда же относятся специально культивируемые человеком виды, являющиеся объектами сельскохозяйственного производства: рыбоводства, звероводства, специального выращивания лесных культур, а также виды, используемые для промышленных технологий.

    Кроме того, агроэкосистемы значительно  более открыты, чем естественные: с растениеводческой и животноводческой  продукцией из них происходит  отток элементов питания. Некоторое  количество элементов питания  теряется, кроме того, за счет  вымывания в грунтовые и наземные  воды, а также эрозии – смывания  или сдувания с полей мелкозема,  который является наиболее питательной  частью почвы.

    Для того чтобы управлять агроэкосистемой (рис.6), человек затрачивает антропогенную энергию – на обработку почвы и полив, на производство и внесение удобрений и химических средств защиты растений, на обогрев животноводческих помещений в зимнее время и т.д. Количество затрачиваемой антропогенной энергии зависит от избранной стратегии управления. Сельское хозяйство может быть интенсивным (высокие вложения энергии), экстенсивным (низкие вложения энергии) или компромиссным (умеренные вложения энергии). Компромиссная стратегия наиболее целесообразна, так как позволяет сочетать достаточно высокий выход сельскохозяйственной продукции с сохранением условий среды и экономией энергии.

    Однако даже при интенсивной  стратегии управления доля антропогенной  энергии в энергетическом бюджете  экосистемы составляет не более  1%. Основным источником энергии  для «работы» агроэкосистемы  является Солнце.

           Рис. 6 Схема управления сельскохозяйственной  экосистемой

    Человек управляет практически  всеми параметрами агроэкосистемы:

- составом  продуцентов (заменяет естественные  растительные сообщества на искусственные  посевы сельскохозяйственных растений  и посадки плодовых деревьев);

- составом  консументов (заменяет естественные  фитофаги на домашний скот);

- соотношением потоков энергии по главным пищевым цепям «растение – человек» и «растение – скот – человек» (специализирует хозяйство на производстве растениеводческой или животноводческой продукции или на равное соотношение того или другого);

- непроизводительным  оттоком вещества и энергии  по дополнительным пищевым цепям:  «почва – сорные растения»,  «культурные растения – насекомые  – фитофаги», «хозяин (культурные  растения, домашние животные) – паразит», т.е. контролирует плотность деструктивной  биоты – популяций сорных растений, насекомых фитофагов, паразитов;

- уровнем  первичной биологической продукции  (улучшая условия для развития  растений за счет обработки  почвы, удобрений и полива).

    Человек управляет агроэкосистемой  через биологических посредников,  к которым относятся культурные  растения, сельскохозяйственные животные, почвенная биота и все прочие  организмы, населяющие агроэкосистему (насекомые-энтомофаги и опылители,  птицы, растения сенокосов и  пастбищ и др.). Посредники играют  роль биологических усилителей, позволяющих уменьшать затраты антропогенной энергии.

    Способы управления агроэкосистемой  совершенствовались в течение  десяти тысяч лет истории сельского  хозяйства (появились мощная сельскохозяйственная  техника, минеральные удобрения,  пестициды, стимуляторы роста  и т.д.), однако возможности управления  и сегодня по-прежнему ограничиваются  целым рядом условий, экологических  и биологических:

- агроресурсами  – климатом (количеством осадков  и продолжительностью теплого  периода), характером почв и рельефом. От этих условий зависит состав  видов и сортов возделываемых  растений, видов и пород сельскохозяйственных  животных;

- потенциалом  формирования первичной биологической  продукции – верхним пределом  эффективности фотосинтеза, который  в большинстве случаев не превышает  1% поступающей солнечной энергии  (при особо продуктивных посевах  в теплом климате с внесением  удобрений и поливом – до 2%;

- максимально  возможной долей хозяйственно  ценных фракций в урожае –  хлопкового волокна, клубней,  корнеплодов, зерна и т.д. (например, зерна может быть не больше 40% всей биологической продукции,  хотя у пшеницы сорта «Мексикале»,  выведенного «отцом» Зеленой  революции Н.Берлоугом, долю зерна  удалось довести до 60%);

- неизбежным рассеиванием энергии при переходе ее с первого трофического уровня на второй (при откорме скота): для получения 1 кг вторичной биологической продукции при откорме бройлеров, свиней и коров необходимо затратить (в перерасчете на зерно) соответственно 2, 4 и 6 кг корма;

- плодовитостью  сельскохозяйственных животных: ограничены  верхние пределы яйценоскости  кур, численности потомства у  коров, свиней и т.д.

    Биологические ограничители преодолеть  невозможно, хотя влияние ресурсных  ограничителей может быть ослаблено  при интенсивной стратегии управления (высокие дозы удобрений, полив,  создание закрытого грунта, террасирование  склонов). Однако, как показал опыт  Зеленой революции 60-х годов  ХХ в., когда на поля пришли  сверхурожайные сорта, высокие  вложения энергии привели к  разрушению агроресурсов – почвы,  истощению ресурсов воды и  ее загрязнению, снижению биоразнообразия.  Таким образом, высокие энергозатраты  на управление агроэкосистемой  экологически неоправданны. Кроме  того, энергия сама по себе  дефицитна, так как ограничены  ресурсы энергоносителей, а производство  и транспортировка энергии сопровождаются  загрязнением среды.

    По этой причине при экологически  ориентированном управлении агроэкосистемой  и умеренных затратах антропогенной  энергии получение достаточно  большого количества сельскохозяйственной  продукции высокого качества не снижает устойчивости агроэкосистемы (т. е. обеспечивает сохранение ее агроресурсов).

    Чтобы вести сельское хозяйство  в соответствии с этими требованиями, человек вынужден ограничивать:

- долю  пашни (особенно под выгодными,  но разрушающими почву культурами  – подсолнечник, кукуруза, рис), сохраняя  часть агроэкосистемы под многолетними  травяными сообществами кормовых  угодий или под лесами (естественным  или лесопосадками);

- вмешательство  в жизнь почвы при ее обработке  (использовать не отвальные плуги,  а рыхлители) и внесение доз  минеральных удобрений и химических  средств защиты растений;

- поголовье  скота.

    Кроме того, для экологически  ориентированного управления агросистемами он должен:

- возделывать  виды и сорта культурных растений  и разводить породы сельскохозяйственных  животных, которые требуют меньших  затрат антропогенной энергии;

- использовать  экологичные севообороты с многолетними  травами и сидератами (их зеленую  массу не убирают, а запахивают  в почву как удобрений) для  восстановления плодородия почв;

- возделывать  поликультуры и сортосмеси, т.е.  смеси культурных растений, которые  более полно используют агроресурсы  и требуют меньших затрат на  защиту растений;

- рассредоточивать  скот по территории агроэкосистемы (содержать его на небольших  фермах), чтобы облегчить внесение  навоза на поля.

    Агроэкосистемы, которые создаются  в соответствии с этими принципами, называются самоподдерживающимися.  В них обеспечивается предельно  возможное сходство с естественными  экосистемами.

     К сожалению, в настоящее время  доля устойчивых агросистем в  мире (и особенно в России) мала. Под влиянием сельского хозяйства  продолжается разрушение почв, нарушаются  гидрологические и гидрохимические характеристики агроландшафтов, снижается биологическое разнообразие.

    Обобщая все уже высказанное  выше об агроэкосистемах, подчеркну  следующие их основные отличия  от природных (табл.1):

1. В них резко снижено разнообразие видов: снижение видов культивируемых растений снижает и видовое разнообразие животного населения биоценоза; видовое разнообразие разводимых человеком ничтожно мало по сравнению с природным; культурные пастбища (с подсевом трав) по видовому разнообразию похожи на сельскохозяйственные поля.
2. Виды растений и животных, культивируемых человеком, «эволюционируют» за счет искусственного отбора и неконкурентоспособны в борьбе с дикими видами без поддержки человека.
3. Агроэкосистемы получают дополнительную энергии., субсидируемую человеком, кроме солнечной.
4. Чистая продукция (урожай) удаляется и экосистемы и не поступает в цепи питания биоценоза, а частичное ее использование вредителями, потери при уборке, которые тоже могут попасть в естественные трофические цепи, всячески пресекаются человеком.
5. Экосистемы полей, садов, пастбищ, огородов и других агроценозов – это упрощенные системы, поддерживаемые человеком на ранних стадиях сукцессии, и они столь же неустойчивы и неспособны к саморегуляции, как и природные пионерные сообщества, поэтому они не могут существовать без поддержки человека.

           Сравнительная характеристика  природных экосистем  и агроэкосистем.