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 топлива.
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.

Главная цель создаваемых сельхозсистем - рациональное использование тех биологических ресурсов, которые непосредственно вовлекаются в сферу деятельности человека - источники пищевых продуктов, технологического сырья, лекарственных препаратов.

Агроэкосистемы создаются человеком для получения высокого урожая - чистой продукции автотрофов.

Обобщая все уже сказанное об агроэкосистемах подчеркнем следующие их основные отличия от природных (таблица 2).

1. В агроэкосистемах резко снижено разнообразие видов:

§ снижение видов культивируемых растений снижает и видимое разнообразие животного населения биоценоза;

§ видовое разнообразие разводимых человеком животных ничтожно мало по сравнению с природным;

§ культурные пастбища (с посевом 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 энергию, субсидируемую человеком, кроме солнечной.

4. Чистая продукция (урожай) удаляется из 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, а потому не могут существовать без поддержки человека.

Таблица 2

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 и животного. Они устойчивы и характеризуются непостоянством структуры своей биомассы.
Продуктивность определяется приспособленными 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.

Составляющими биогеоценоза и агроценоза являются одинаковые компоненты среды. В той и другой системе живые организмы объединены территориальными и пищевыми связями. Но в каждом случае можно заметить и свои особенности.

Определение

Биогеоценоз – это самостоятельно сложившаяся экосистема, в которой представители живого мира тесно связаны с неорганическими компонентами, составляющими среду их обитания. Примеры: хвойный лес, цветочный луг.

Агроценоз – это система, которая появляется при вмешательстве человека в пространство естественной среды. Как и биогеоценоз, она включает в себя органическую и неорганическую части. Примеры: приусадебный участок, кукурузное поле.

Сравнение

Сравнивая между собой рассматриваемые системы, следует прежде всего обратить внимание на их видовой состав. Для биогеоценоза в этом отношении характерно большее разнообразие. В агроценозе же преобладают одна или несколько культур, выбранных человеком для выращивания (например, посаженный на участке картофель), и, соответственно, количество видов животных и низших организмов (бактерий, грибов) тоже является ограниченным.

В связи с этим цепи питания в искусственно созданных системах короче и проще. Однако на территории, где находится множество растений одного вида, создаются все условия для жизнедеятельности зловредных организмов, способных сосуществовать именно с такими культурами. Не испытывая биологической конкуренции, они могут усиленно размножаться и уничтожать посевы или вызывать болезни у растений. В итоге вся система нередко оказывается под угрозой гибели. Биогеоценоз в этом отношении гораздо устойчивей.

Отличие биогеоценоза от агроценоза состоит также в том, каким образом в каждом случае осуществляется круговорот веществ. В естественном природном сообществе он является замкнутым. Все произведенное растениями (а также их останки) потребляется представителями многочисленных пищевых звеньев и возвращается в почву, обогащая ее. В то же время агроценоз создается именно с целью получения урожая. Соответственно, на моменте уборочных работ, сопровождаемых значительным выносом биомассы, круговорот веществ в такой системе нарушается, поэтому в данном случае он называется незамкнутым. Для сохранения баланса в землю вносят удобрения.

Важным является также то, что структура биогеоценоза формируется при осуществлении естественного отбора, устраняющего слабые виды организмов. В агроценозе же участвуют культуры, тщательно подобранные человеком с учетом степени их продуктивности. Иными словами, в образованиях такого типа по большей мере действует искусственный отбор. При этом человек не только сам определяет, что будет расти на земельной площади, но и обеспечивает поступление в агроценоз дополнительной энергии. Например, производится подогрев теплиц, создается искусственное освещение. Между тем экосистемы, существующие без вмешательства человека, получают энергию в основном от Солнца.

В чем разница между биогеоценозом и агроценозом? В том, что последний приносит человеку реальную выгоду, поскольку служит источником необходимой продукции. Биогеоценоз, в свою очередь, не всегда полезен с практической точки зрения. Однако он является устойчивым саморегулирующимся образованием. Агроценоз же благополучно существует более или менее длительный срок только при условии контроля со стороны людей. Для поддержания такой системы требуется применение всевозможных агротехнических приемов.

Таблица

Биогеоценоз	Агроценоз
Создается природой	Искусственно организованная система
Для него характерны устойчивость и саморегуляция	Неустойчив, регулируется человеком
Видовое разнообразие	Небольшое количество культур
Разветвленные цепи питания	Пищевые цепи короче и проще
Менее подвержен действию вредителей, следовательно, более жизнеспособен	Вредители в нем чувствуют себя более комфортно, что может сократить время существования такой системы
Круговорот веществ – замкнутый	Круговорот веществ – незамкнутый
Формируется путем естественного отбора	Ведущим является искусственный отбор
Получение света и тепла от Солнца	Иногда используется дополнительная энергия, поступление которой обеспечивает человек
Не всегда приносит практическую пользу человеку	Источник необходимой продукции

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.

Практическая работа

«Сравнительное описание природной системы и агроэкосистемы».

Цель: продолжить развивать умение сравнивать на основе анализа естественного биогеоценоза и агроценоза; объяснять причины выявленного сходства и различия.

2. Заполнить таблицу «Сравнение природной системы (биогеоценоза) и агроэкосистемы».

Сравнение биогеоценоза и агроценоза.

3. По критериям сравнения и рисункам сделайте краткую характеристику экосистемы пруд

· Найдите примеры взаимоотношений между организмами, населяющими экосистему, (хищничество, конкуренция, симбиоз…и т.д.) проиллюстрировав ответ соответствующими примерами

· изобразить 2-3 пищевые цепи, предположительно имеющие место в данной экосистеме

· Привести примеры 2-3 приспособлений растительных или животных организмов к недостатку действия какого-либо абиотического фактора

· Приведите примеры продуцентов, консументов и редуцентов этих экосистем

Агроэкосистемы или агроценозы.

Хозяйственная деятельность людей – мощный фактор преобразования природы. В результате этой деятельности формируются своеобразные биогеоценозы. К числу их можно отнести, например, агроценозы, представляющие собой искусственные биогеоценозы, возникающие в результате сельскохозяйственной деятельности человека. Примерами могут служить искусственно создаваемые луга, поля, пастбища. При создании таких биогеоценозов человек широко применяет разнообразные агроприемы: посев высокопродуктивных трав, мелиорацию (при избыточном увлажнении), внесение удобрений, различные способы обработки почв, иногда искусственное орошение и т.п. К числу создаваемых биогеоценозов можно отнести также парки, плодовые сады и ягодники, лесные насаждения и т.д.

При создании искусственных биогеоценозов необходимо полнее учитывать формы взаимоотношений, которые складываются в таких сообществах между их компонентами и почвой. Особенно важно учитывать свойства почвы, необходимость ее охраны от разрушения ветром и водой (эрозии), сохранения естественной структуры и целостности почвенного покрова и др.

Высокая численность растений одного вида на значительных площадях может привести к тому, что питающиеся этими растениями насекомые, которые в естественных биогеоценозах встречались редко, сильно размножатся и станут опасными вредителями возделываемых культур. Например, свекловичный долгоносик на естественных лугах питается немногочисленными видами растений семейства бурачниковых, не причиняя им большого вреда. Положение в корне изменилось, когда была введена в культуру сахарная свекла, занявшая огромные площади. «Безобидный» свекловичный долгоносик превратился в массового вредителя одной из важнейших сельскохозяйственных культур.

Создаваемые человеком искусственные биогеоценозы требуют неустанного внимания и активного вмешательства в их жизнь. При высокой агротехнике и учете взаимодействия компонентов агроценоза они могут быть высокопродуктивными, как например, искусственные луговые угодья, лесонасаждения и т.п.

Между естественными и искусственными биогеоценозами наряду со сходством существуют и различия, которые важно учитывать в хозяйственной деятельности человека.

Естественные биогеоценозы обычно слагаются из большого количества видов. Они представляют из себя экологические системы, которые складываются в природе под действием естественного отбора. Последний отметает все слабо приспособленные формы организмов. В результате складывается сложная, относительно стойкая экологическая система, способная к саморегуляции. В естественных биогеоценозах осуществляется круговорот веществ, в результате которого вещества, потребляемые растениями, возвращаются в почву.

В создаваемых человеком искусственных биогеоценозах – агроценозах – компоненты подбираются исходя из хозяйственной ценности. Здесь ведущий фактор не естественный, а искусственный отбор. Через искусственный отбор и другие агротехнические мероприятия человек стремится получить максимальную биологическую продуктивность (урожай). В искусственных биогеоценозах значительная часть питательных веществ выносится с урожаем из системы и естественный круговорот веществ не осуществляется. Наблюдается пониженное разнообразие входящих в агроценоз видов, т.к. обычно культивируют один или несколько видов (сортов) растений, что приводит к значительному обеднению видового состава животных, грибов, бактерий. В агроценозах наблюдается также пониженная способность культурных растений противостоять конкурентам и вредителям. Культурные виды так сильно изменены селекцией в пользу человека, что без его поддержки не могут выдержать борьбу за существование.

В естественных биогеоценозах источником энергии является Солнце. В агроценозах наряду с этим (естественным) источником энергии человек вносит удобрения, без которых высокая биологическая продуктивность не может быть реализована. Агроценозы поддерживаются человеком посредством больших затрат энергии (мускульной энергии людей и животных, работы сельскохозяйственных машин, связанной энергии удобрений, затрат на дополнительный полив и т. п.). Таким образом, они существуют и дают высокую биологическую продуктивность благодаря непрерывному вмешательству и поддержке человека, без участия которого они существовать не могут.

Экосистема пруда.

Экосистема аквариума.

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.

не действует на экосистему

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.