Н.М. Чернова, А.М. Былова
Общая экология. Учебник
М.: Дрофа, 2004
Глава 9. Экосистемы
9.5. Агроэкосистемы
Агроэкосистемы (сельскохозяйственные экосистемы),
создаваемые человеком для получения высокой чистой продукции автотрофов
(урожая), отличаются от природных рядом особенностей:
1. В них резко снижено разнообразие организмов. На полях обычно
культивируют один или немного видов растений, в связи с чем резко обедняется и
животное население, и состав микроорганизмов в биоценозе. Выпас животных также
сильно упрощает видовую структуру пастбищных сообществ. Культурные пастбища с
подсевом трав приближаются по этому показателю к полям сельскохозяйственных
растений. Видовое разнообразие разводимых человеком животных ничтожно мало по
сравнению с природным.
2. Виды, культивируемые человеком, поддерживаются искусственным
отбором в состоянии, далеком от первоначального, и не могут выдерживать борьбу
за существование с дикими видами без поддержки человека.
3. Агроэкосистемы получают дополнительный поток энергии, кроме
солнечной, благодаря деятельности людей, животных и механизмов, обеспечивающих
необходимые условия роста культивируемых видов. Чистая первичная продукция (урожай)
удаляется из экосистемы и не поступает в цепи питания. Частичное использование
ее вредителями представляет нежелательное явление и всячески пресекается
деятельностью человека.
В настоящее время пахотными землями и пастбищами занято свыше 30 %
суши, и деятельность людей по поддержанию этих систем превращается в глобальный
экологический фактор.
Несмотря на значительную упрощенность агроэкосистем, в них все же
сохраняется множество биоценотических связей, в конечном счете влияющих на
судьбу урожая (рис. 158). Сопоставление сведений о фауне и флоре пшеничных
полей показывает гигантскую сложность даже предельно простого агроценоза, здесь
сохраняется более тысячи видов.
Рис. 158. Биоценотические связи на картофельном поле
(по В. Тишлеру,1971): сплошные линии – виды, обитающие на растениях; пунктирные
– виды, обитающие на поверхности почвы; утолщенные линии – доминирующие виды
История формирования ценотических группировок, связанных с основными
сельскохозяйственными культурами, насчитывает немногие сотни лет. Буквально на
глазах человека формируются сообщества, приспособленные к жесткому прессу
агротехнических режимов, с широким размахом колебательных циклов в жизни
популяций, с четко отобранным кругом доминантов. Наглядно проявляются
эволюционные сдвиги в экологических характеристиках и адаптивных показателях
разных видов.
Условия, которым в идеале должны соответствовать поля
сельскохозяйственных культур, – быть высокопродуктивными и вместе с тем
стабильными – с экологической точки зрения несовместимы. В природных
экосистемах первичная продукция растений потребляется в многочисленных цепях
питания и вновь возвращается в виде минеральных солей и углекислого газа в
систему биологического круговорота. Ограждая урожай от его природных
потребителей, отчуждая его и заменяя естественный опад органическими и
минеральными удобрениями, мы обрываем множество цепей питания и дисбалансируем
сообщество. По существу, все усилия по созданию высокой чистой продукции
отдельных культур в пользу человека есть борьба «против природы», которая
требует большой затраты труда и материальных средств.
Вместе с тем агроценозы выступают гигантской лабораторией, где человек
учится, используя отдельные звенья системы, управлять продукционным процессом и
круговоротом веществ, регулировать численность популяций. Тщательное изучение
таких относительно упрощенных систем, как агроценозы, вносит серьезный вклад в
развитие общей биоценологии. В обедненных сообществах более резко
вырисовываются те законы, которые лежат в основе объединения живых существ в
надорганизменные системы. Богатый арсенал агротехнических средств, имеющийся на
вооружении современного сельского хозяйства, позволяет экспериментально и в
широких масштабах проверять различные пути воздействия на сообщества, оценивать
степень их устойчивости и прочность связей в отдельных звеньях.
Все искусственно создаваемые в сельскохозяйственной практике экосистемы
полей, садов, пастбищных лугов, огородов, теплиц и других агроценозов
представляют собой системы, специально поддерживаемые человеком на начальных
стадиях сукцессионных преобразований. В агроценозах используется именно
свойство пионерных сообществ производить высокую чистую продукцию. Но такие
сообщества и в природе неустойчивы, не способны к самовозобновлению и
саморегулированию, подвержены угрозе гибели от массового размножения вредителей
или болезней (рис. 159). Они требуют неустанной деятельности по их
поддержанию со стороны человека.
Рис. 159. Динамика численности насекомых в стеблестое
овса (по Н. И. Куликову, 1985): 1– цикадки; 2 – их личинки; 3
– хлебный клопик; 4 – клопы-лигулы; 5 – хлебная полосатая блошка;
6 – жуки-блестянки; 7 – божьи коровки; 8 –
паразитические перепончатокрылые; 9 – шведская муха; 10 – злаковые
трипсы; 11 – злаковые тли; 12 – общая численность
Сельскохозяйственное освоение территорий часто приводит к разрушению
созданных природой механизмов регуляции численности отдельных видов и резким
изменениям в уровне их обилия.
В агроценозах чаще всего происходят «экологические взрывы», как назвал Ч.
Элтон чрезмерное увеличение численности отдельных видов. Последствия этих
«взрывов» могут быть весьма существенными для сельского и лесного хозяйства.
Так, распространение патогенного грибка фитофторы из Европы в Ирландию в
прошлом столетии погубило весь урожай картофеля, вызвав сильный голод. Во
Франции более 1 млн га виноградников пришлось уничтожить в результате
размножения корневой тли – филлоксеры.
Искусственная регуляция численности вредителей – по большей части
необходимое условие поддержания агроэкосистем. Это связано прежде всего с
необходимостью подавления видов, вышедших из-под контроля естественных регуляторных
механизмов. В ряде случаев даже полное сохранение естественной регуляции
численности вида не удовлетворяет экономическим требованиям. Например,
стабилизация численности яблонной плодожорки на уровне, при котором погибает
большая часть урожая, с позиций естественного отбора не угрожает существованию
яблони как вида. С хозяйственной же точки зрения необходимо резкое понижение
уровня, на котором должна находиться численность плодожорки в садах. 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.
Подавление численности вредителей химическими средствами, кроме
загрязнения среды и включения ядов в цепи питания, часто вызывает так
называемый «бумеранг-эффект»: вслед за подавлением численности вредителя вскоре
возникает новая, еще более мощная его вспышка. Обычно применение ядохимикатов
тотального действия сильнее влияет на естественных врагов вредителя, чем на его
собственные популяции. В результате следующие поколения полностью освобождаются
из-под пресса паразитов и хищников и осуществляется их массовое размножение.
Таким образом, недоучет биоценотических механизмов регуляции численности на
полях сельскохозяйственных культур также не в экономических интересах человека.
В трехзвенной цепи: культурное растение – вредитель – паразит повышение чистой
продукции растений может быть достигнуто как подавлением второго звена, так и
усилением третьего. Именно этот подход используется в разработке биологических
методов борьбы с вредителями.
В отношении к сообществам, складывающимся в агроэкосистемах, в связи с
общим развитием экологических знаний постепенно меняются акценты. 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 (рис. 160).
Рис. 160. Фазовая приуроченность насекомых-вредителей
на посевах озимой пшеницы (по Н. И. Куликову, 1985):
1– злаковые тли; 2 – цикадка шеститочечная; 3 –
цикадка полосатая; 4 – клопы-лигусы; 5 – хлебный клопик, 6
– злаковые трипсы; 7 – хлебная полосатая блошка; 8 –
ростковая муха; 9 – яровая муха; 10 – шведская муха
Современные представления плодотворны и в теоретическом, и в практическом
плане. Они стимулируют поиск внутренних регуляторных резервов агроценозов,
использование которых позволяет не допускать массового размножения вредителей и
негативных последствий химической борьбы с ними. В создании оптимальной
структуры культурных фитоценозов также кроются новые возможности увеличения
пределов первичной продукции. Изучение основных законов организации и пределов
стабильности агроценозов дает теоретической экологии уникальный материал.
С экологических позиций крайне опасно упрощать природное окружение
человека, превращая весь ландшафт в агрохозяйственный. Основная стратегия по
созданию высокопродуктивного и устойчивого ландшафта должна заключаться в
сохранении и умножении его многообразия. «Если дикая природа отступает, –
писал Ч. Элтон, – мы должны научиться передавать часть ее стойкости и
богатства ландшафтам тех земель, с которых мы снимаем наши урожаи». Наряду с
поддержанием высокопродуктивных полей следует особенно заботиться о сохранении
как можно более многообразных заповедных, не подвергающихся усиленному
антропогенному воздействию участков разного масштаба, с богатым видовым
разнообразием, которые могли бы быть источником видов для восстанавливающихся в
сукцессионных рядах сообществ. Эксплуатация ценных для человека природных
систем не должна превышать их способности к самовосстановлению. Аграрный
ландшафт должен быть разнообразным, с лесными полосами вокруг полей, живыми
изгородями и перелесками.
Идея плановой реконструкции сельскохозяйственных ландшафтов родилась в
нашей стране и связана с именами В. В. Докучаева и А. И. Воейкова. В настоящее
время эти идеи приобретают особый экологический смысл, так как входят составной
частью в общую стратегию охраны природы, окружающей человека.
|