Сельскохозяйственные экосистемы (агроэкосистемы)

Агроэкосистемы - это антропогенные (т.е. созданные человеком) экосистемы. Человек определяет их структуру и продуктивность: он распахивает часть земель и высевает с/х культуры, создает сенокосы и пастбища на месте лесов, разводит с/х животных.

Агроэкосистемы гетеротрофны: их основной источник энергии - солнце. Дополнительная (антропогенная) энергия, которую использует человек при обработке почвы и которая затрачена на производство тракторов, удобрений, пестицидов и т.д., не превышает 1 % от солнечной энергии, усваиваемой агроэкосистемой. Агроэкосистема - это не только экологическое единство разных организмов и условий среды, но и сельскохозяйственное предприятие.

Агроэкосистемой является любой совхоз, колхоз, ферма или кооперативное объединение нескольких ферм. Как и естественная экосистема, агроэкосистема состоит из организмов трех основных трофических групп - продуцентов, консументов и редуцентов.

Продуценты в агроэкосистеме - культурные растения, травы сенокосов и пастбищ, деревья садов, лесопосадок и естественных лесов, входящих в ее состав. К продуцентам относятся и сорняки.

Консументы в агроэкосистеме - человек и сельскохозяйственные животные. К консументам относятся и вредители полевых культур (от насекомых до сусликов и хомяков), паразиты (часто опасные для с/х животных), полезные насекомые - хищные и опылители, птицы, организмы - симбиотрофы (микоризные грибы и бактерии - азотфиксаторы).

Редуценты в агроэкосистеме - в основном бактерии, которые поддерживают плодородие почв, превращая трупы продуцентов и консументов в гумус, а гумус и вносимый на поля навоз - в более простые органические и минеральные вещества, Доступные растениям. Однако среди редуцентов есть не только восстановители плодородия почв, но и его разрушители, которые превращают азот в нитраты, которые легко вымываются из почвы, а газообразный азот улетучивается в атмосферу.

Человек контролирует не все живое население агроэкосистемы, часть видов проникает в нее и живет помимо (или даже вопреки) его воле. Такие живущие сами по себе виды называются спонтанными. Среди них - и вредители, и растения-сорняки, а также полезные животные: птицы, насекомые-хищники, и др.

Сам человек в агроэкосистеме - консумент-фитофаг (питается растениями) и зоофаг (ест мясо и пьет молоко). Однако роль его в агроэкосистеме велика, так как исходя из своих интересов он формирует структуру и состав агроэкосистемы и влияет на ее трофические элементы с целью получения наибольшей первичной и вторичной продукции.

Все компоненты агроэкосистемы тесно связаны. Хотя в ней не возникает полного экологического равновесия, как в естественных экосистемах. Поддерживает равновесие в агроэкосистеме сам человек. Если этого не делать, происходит разрушение ее ресурсов.

Почва - главный ресурс агроэкосистемы. Ее плодородие зависит от запаса органического вещества - гумуса, содержания доступных растениям питательных элементов, структуры, обеспеченности влагой, реакции почвенного раствора, содержания в нем ионов токсичных солей.

Гумус - кладовая плодородия. Он образуется микроорганизмами-гумификаторами из остатков растений и животных. Мощность гумусового слоя у черноземных почв может достигать 1 м, а у лесных почв (подзолистых, серых) она составляет 10-30 см. Другая группа микроорганизмов высвобождает из гумуса в почвенный раствор питательные элементы. Среди них различают макроэлементы (азот, фосфор, калий), которые требуются растениям в большом количестве, и микроэлементы (марганец, бор, медь, цинк и др.), которых растениям нужно немного. Все питательные элементы поглощаются из почвенного раствора корнями растений и выносятся из почвы с урожаем. Поэтому, если в почву не вносить удобрения (навоз, минеральные удобрения), то запасы элементов питания в ней иссякнут.

Структура почвы - это форма и размеры комочков, на которые она распадается. Лучшая структура - мелкокомковатая. Внутри комочков складываются условия для деятельности микроорганизмов-гумификаторов, образующих гумус, а между комочками - для микроорганизмов, которые разлагают гумус до доступных растениям минеральных соединений.

На плодородие почвы влияет ее обеспеченность влагой. При рациональном природопользовании для сохранения плодородия почв используются следующие приемы:

Борьба с эрозией - смывом или сдуванием поверхностного наиболее плодородного слоя почвы. Для этого земли на склонах засеивают многолетними травами, которые образуют дернину, защищающую поверхность почвы от разрушения водой и ветром. Применяют специальные приемы обработки почвы, сохраняющие на ее поверхности часть жнивья. На склонах обработку почвы ведут поперек склона, и каждая бороздка становится маленькой платиной, препятствующая стеканию воды со взвешенными в ней почвенными частицами. Дня предотвращения ветровой эрозии используют кулисы - полосы из высокорослых растений (подсолнечник, кукуруза), которые сохраняют на поле после уборки урожая. Особый вид эрозии - образование оврагов. Для предотвращения или остановки этого процесса проводят специальные посадки леса.

Замена отвальной вспашки плугом безотвальным рыхлением почвы. При обработке отвальным плугом почва ставится «с ног на голову»: подповерхностный слой почвы, в котором микроорганизмы-гумификаторы перерабатывают пожнивные остатки в гумус, оказывается на поверхности. Процесс образования гумуса замедляется, а разрушение его, напротив ускоряется. На незащищенной растениями почве усиливается эрозия. Поэтому отвальную вспашку заменяют рыхлением без оборота пласта.

Севооборот. Это чередование разных культур на одном поле. В состав севооборота, кроме зерновых (пшеница, рожь), или пропашных (кукуруза), включают многолетние и однолетние бобовые травы, которые благодаря связанным с ними клубеньковыми бактериям пополняют запасы азота в почве. Повышают плодородие почв и сидераты - культуры, зеленую массу которых запахивают в почву. Чередование культур облегчает борьбу с вредителями с/х растений, снижает засоренность полей сорными растениями.

Примененне органо-минеральных удобрений. При внесении только минеральных удобрений, особенно в высоких дозах, активизируются микроорганизмы, разрушающие гумус, а деятельность микроорганизмов-гумификаторов подавляется. В результате запас плодородия в почве снижается. Если минеральные удобрения вносятся невысокими дозами одновременно с органическими удобрениями (в первую очередь - с навозом), этого не происходит. Гумус не разрушается, а питательные вещества удобрений поступают в почвенный раствор и повышают урожай.

Сухое земледелие. Орошение, как и отвальная вспашка, ослабляет жизнедеятельность микроорганизмов-гумификаторов и разрушает структуру почвы. Чтобы уменьшить площади орошаемых земель, выращивают засухоустойчивые культуры, которые могут обходиться без полива.

Использование легкой с/х техники, т.к. тяжелые тракторы уплотняют почву и разрушают ее структуру, и, следовательно, лучше использовать легкие колесные тракторы. Применяют также специальные широкопрофильные шины, уменьшающие давление на почву, и широкозахватные агрегаты, позволяющие обработать поле за меньшее число проходов техники. Дня уменьшения числа проходов совмещают разные агрегаты - одновременно проводят рыхление почвы, посев и внесение удобрений.

В естественных экосистемах проблем, связанных с вредителями, сорняками или болезнями, нет, а в агроэкосистеме проводят контроль сорняков, насекомых - вредителей и болезней. Плотность популяций разных организмов регулируется в естественных экосистемах за счет механизмов поддержания экологического равновесия. В создаваемых человеком агроэкосистемах такое экологическое равновесие само по себе не формируется. В отличие от естественных экосистем, в которых обитают растения десятков разных видов, человек создает одновидовые или маловидовые посевы - агрофитоценозы. Выращивание культурных растений создает условия для размножения их насекомых - вредителей, а также бактерий, грибов и вирусов, вызывающих болезни. Слабая конкурентная способность культурных растений способствует массовому развитию сорных растений. Сорные растения, обладающие мощной корневой системой, быстро отрастают весной и перехватывают у культурных растений воду и элементы минерального питания. При массовом развитии сорняков урожай снижается. Человек вынужден применять специальные методы контроля плотности популяций сорняков, чтобы защитить культурные растения. В то же время, если плотность популяций сорных растений невелика, они не только не снижают урожая, но даже могут принести пользу.

Имея более глубокие, чем у культурных растений корни, они поднимают в пахотный слой почвы некоторые питательные элементы. При внесении минеральных удобрений сорняки запасают элементы питания в своих подземных органах, уменьшая их бесполезное вымывание из почвы. После отмирания и перегнивания сорных растений элементы питания возвращаются в почвенный раствор и улучшают условия питания культурных растений. Сорные растения - пристанища полезных насекомых-хищников.

Контроль сорных растений чаще всего осуществляют агротехническими методом. При этом проводят культивацию (рыхление междурядий) и осеннюю зяблевую обработку почвы. Такая обработка провоцирует прорастание семян сорных растений, и они гибнут от мороза. Большую роль играют и биологические методы контроля сорняков, вредителей и болезней.

Культуры с густым пологом, например, многолетние травы или озимая рожь, справляются с сорными растениями сами, а для того чтобы помочь более слабым культурным растениям выстоять в конкуренции с сорняками, используют микогербициды - это споры грибов, поражающих определенные виды массово развивающихся и потому опасных сорняков. Можно также использовать препараты, изготовленные на основе этих грибов.

Весьма эффективны в борьбе с сорняками насекомые-вредители, которые выедают их цветочные почки и завязи цветков. Для контроля многих массовых насекомых-вредителей используют их врагов - хищников или паразитов. Хищники поедают насекомых-вредителей, а паразиты откладывают свои яйца в более крупные яйца и куколки вредителей, убивая их.

Генетики выводят устойчивые к вредителям и болезням сорта растений. В тех случаях, когда сорные растения не удается контролировать агротехническими и биологическими методами, применяют гербициды. Гербициды нового поколения используют в невысоких дозах, они быстро разлагаются после применения и не загрязняют ни почв, ни продуктов питания.

Агроэкологии стремятся сформировать в агроэкосистемах подобие экологического равновесия в естественных экосистемах. Взаимоотношения между растениями и животными называются при этом системой полезных симбиотических связей. Главные звенья такой системы - хищные насекомые и насекомоядные птицы. Для их размножения в агроэкосистеме сохраняются или создаются убежища - небольшие перелески, овражки, лесные полосы, заросшие высокими травами обочины дорог и полей.

Введение системы севооборотов защищает культурные растения от массового размножения вредителей.

Агроэкосистемы с полезными симбиотическими связями включают несколько культурных растений, некоторое количество сорняков и богатую фауну насекомых, среди которых много «врагов наших врагов» - хищников и паразитов.

Дата добавления: 2014-11-18