§ 30. Агроценози, їхня структура та особливості функціонування

Як вам відомо, розрізняють природні (наземні, водні) (рис. 148) та штучні екосистеми (рис. 149). Прикладами наземних природних екосистем є тундра, тайга, широколистяні ліси, степ, савана, пустеля, тропічні лісі. Водні природні екосистеми – озера, річки, струмки, болота, відкритий океан, прибережні води тощо.

Поняття агроценозу. У підручнику для дев’ятого класу було наголошено, що штучні екосистеми людина створює для задоволення власних потреб. Це сади, парки, городи, поля, штучні водойми тощо. Від природних угруповань вони відрізняються властивостями й особливостями функціонування. Незначне видове різноманіття та погано розгалужені трофічні зв’язки зумовлюють слабку стійкість штучних екосистем, натомість забезпечують високу продуктивність одного чи кількох видів у їхньому складі. У штучних екосистемах можуть бути представники дикої фауни й флори, без яких їхнє існування не можливе. Але, на відміну від природних екосистем, у штучних практично немає саморегуляції: без постійного втручання людини вони руйнуються й зникають.

Агроценоз (від грец. agros – поле, koinos – загальний) – штучна екосистема, створена людиною для своїх цілей шляхом посіву або посадки й подальшого культивування рослин, а також використання території для інтенсивного випасу свійських тварин.

Рис. 148. Приклади природних екосистем (Україна)

Рис. 149. Приклади штучних екосистем (Україна)

Виноградники, Закарпатська область

Підготуйте повідомлення про одну з наведених природних або штучних екосистем, використовуючи додаткові джерела й інтернет-ресурси.

За оцінками науковців усі агроценози займають близько 10 % поверхні суші і дають людству 90% харчової енергії.

Структура агроценозу. Агроценозам притаманні ті самі ознаки, що й природним екосистемам. До їх складу входять певні види рослин або тварин, що визначають вид агроценозу, вони мають певний тип взаємодії між організмами, що їх утворюють. Такі штучні екосистеми містять ті самі складники, що й природні: продуценти, наприклад, жито й бур’яни, консументи, поміж яких комахи, гризуни, а також редуценти – гриби та бактерії (рис. 150). Людина є обов’язковою ланкою харчового ланцюга в будь-якому агроценозі. Вона створює цей агроценоз, забезпечує його високу продуктивність, а потім збирає та використовує врожай.

Особливості функціонування агроценозів. На відміну від природних екосистем, для агроценозів характерне невелике видове різноманіття: переважають одна або декілька культур, обраних людиною для вирощування (поле пшениці, жита чи кукурудзи). Відповідно, кількість видів тварин, грибів і бактерій теж є обмеженою.

У природних екосистемах діє природний добір, який відкидає неконкурентоспроможні види. За рахунок цього забезпечується стійкість екосистеми. В агроценозах діє переважно штучний добір, спрямований людиною на підвищення врожайності сільськогосподарських культур. Отже, екологічна стійкість агроценозів невелика. Вони не здатні до саморегуляції й самовідтворення, тому без участі людини агроценози зернових та овочевих культур існують не більше року, багаторічних трав – 3-4 роки, плодових культур – 20-30 років.

Для природних екосистем єдиним джерелом енергії є сонячне світло. Натомість агроценози, окрім сонячної енергії, отримують додаткову енергію, яку витратила людина на виробництво добрив, хімічних засобів проти бур’янів, шкідників і хвороб, на зрошення або осушення земель тощо. Без цієї енергії тривале існування агроценозів не можливе.

Рис. 150. Складники агроценозу житнього поля

Наведіть приклади складників інших агроценозів.

У природних екосистемах первинна продукція рослин споживається в численних ланцюгах живлення і знову повертається в систему біологічного колообігу у вигляді вуглекислого газу, води й елементів мінерального живлення. Натомість в агроценозах такий колообіг елементів порушується, оскільки значну їх частину людина вилучає з урожаєм, тому для відшкодування їх втрат і підвищення врожайності культурних рослин необхідно постійно вносити в ґрунт добрива.

Отже, порівняно з природними екосистемами агроценози мають обмежений видовий склад рослин і тварин, не здатні до самовідновлення та саморегуляції, схильні до загибелі в результаті масового розмноження шкідників або збудників хвороб і потребують постійної уваги людини.

Шляхи підвищення продуктивності агроценозів. Наразі проводиться меліорація земель – осушення і зрошування ґрунтів, боротьба з ерозією (зміцнення схилів, безвідвальна оранка, висаджування лісосмуг, залуження колишніх торф’яників тощо). Людина застосовує раціональне внесення добрив, дозоване застосування засобів для боротьби зі шкідниками та хворобами рослин і з бур’янами.

Сучасні сільськогосподарські виробники створюють агропромислові комплекси, використовують високопродуктивну техніку, виводять нові високоврожайні сорти культурних рослин, стійкі до хвороб і шкідників, застосовують біологічні способи боротьби зі шкідниками.

В овочівництві і квітникарстві широко використовують теплиці, парники й вирощування овочів без ґрунту – гідропоніку (як субстрат застосовують гравій, зрошуваний розчинами солей) (рис. 151) та аеропоніку (субстрат відсутній, а коріння періодично обприскується розчинами мінеральних солей) (рис. 152).

Рис. 151. Гідропоніка

Рис. 152. Аеропоніка

Підготуйте повідомлення про один зі шляхів підвищення продуктивності агроценозів.

• 1. Дайте означення поняття агроценоз.
• 2. Схарактеризуйте структуру агроценозу.
• 3. Порівняйте особливості функціонування природних екосистем та агроценозів.
• 4. Схарактеризуйте шляхи підвищення продуктивності агроценозів.

Екосистеми, їх склад і різноманіття

Екосистеми є основними структурними одиницями, які утворюють біосферу. Поняття «екосистема» ввів у наукову літературу англійський еколог А. Тенслі (1935 р.).

Екосистемою називають сукупність організмів, які взаємодіють між собою і з неживою природою таким чином, що всередині такої системи виникають потоки енергії і колообіг речовин.

Екосистема не має фіксованих меж. Нею може бути пеньок з його мешканцями, ділянка лісу, степ, болото, ставок, озеро, Світовий океан та біосфера в цілому. Найважливішою ознакою екосистеми є її формування із живих організмів різних типів живлення (продуцентів, консументів, редуцентів) та неживої природи. Екосистема — єдиний механізм, що споживає енергію і поживні речовини для виконання роботи. Поживні речовини виникають з абіотичного комплексу системи, у який і повертаються як відходи чи рештки після загибелі та руйнування організмів (колообіг речовин). Таким чином, важливою властивістю екосистем є їх відкритий характер — вони обмінюються з навколишнім середовищем і енергією, і речовинами.

Поняття «екосистема» поширюється і на штучно створені людиною об’єкти: сільськогосподарські угіддя, парки, лісопосадки, очисні споруди тощо.

Більшість природних явищ доволі чітко окреслена територіально, і це спонукало до необхідності введення в екологію ще одного поняття — біогеоценоз, яке запропонував російський еколог В. М. Сукачов (1940 р.).

Біогеоценоз — відносно однорідна ділянка земної поверхні з певним складом живих (біоценоз) і неживих (геоценоз, або біотоп) компонентів, об’єднаних колообігом речовин та потоком енергії.

Біоценоз — історично утворена сукупність популяцій різних видів (рослин, тварин, мікроорганізмів), що населяють певну територію або акваторію і характеризуються певними взаємозв’язками. Термін «біоценоз» запропонував німецький гідробіолог К. Мьобіус (1877 р.).

Характеристика і структура біоценозу

Залежно від систематичної належності організмів, біоценози поділяють на: фітоценози — утворені рослинами; зооценози — сукупність усіх тварин екосистеми; мікробоценози — сформовані мікроорганізмами. Ділянка середовища, яку займає біоценоз, — біотоп.

Характеристика біоценозу

Видове різноманіття — сукупність популяцій різних видів, що входять до складу певного біоценозу: багате видове різноманіття мають біоценози тропічних лісів і коралових рифів, бідне — пустель і тундри. Співіснування видів в одному біоценозі є результатом того, що один вид потрібен іншому так, що без нього він не може існувати: фітофаги не можуть існувати без відповідних кормових рослин; рослини, що запилюються комахами, не можуть розмножуватись в екосистемі, де немає потрібних для їх запилення комах.

Біомаса біоценозу — сумарна маса особин різних видів у перерахунку на одиницю площі чи об’єму.

Продуктивність біоценозу — кількість біомаси, що створюється за одиницю часу. Первинна продуктивність — продуктивність автотрофних організмів, вторинна — гетеротрофних.

Структура біоценозу

Біоценози характеризуються певною структурою: видовою, просторовою, екологічною (трофічною).

Видова структура розкриває видове різноманіття живих організмів (кількість, співвідношення чисельності та густоти популяцій окремих видів). Видовий склад біоценозу може бути доволі різноманітним, але є одне загальне правило — у природному біоценозі обов’язково повинні бути продуценти, консументи і редуценти.

Просторова структура показує територіальність розміщення рослин, тварин та мікроорганізмів. Рослини в біоценозі характеризуються ярусністю (надземною і підземною). Надземна ярусність — вертикальне розшарування рослинних угруповань на структурні частини — яруси (світлолюбні, тіньовитривалі, тіньолюбні). Ярусне розташування рослин впливає також і на просторове розташування популяцій птахів (гніздування птахів на землі, у кущах або кронах дерев). Підземна ярусність — розташування кореневих систем рослин за глибиною.

Екологічна структура визначається певним співвідношенням популяцій різних екологічних груп організмів, демонструє характер харчових взаємин між організмами біоценозу. Автотрофи — організми, які синтезують усі потрібні для побудови свого тіла органічні речовини з неорганічних речовин повітря, води і ґрунту, використовуючи енергію світла (фототрофи — абсолютна більшість рослин, ціанобактерії і лише деякі бактерії) або хімічних реакцій (хемотрофи — невелика кількість бактерій).

Гетеротрофи — організми, які для живлення використовують готові органічні речовини. Фітофаги — тварини, які живляться рослинами (гусінь метеликів, деякі кліщі, гризуни, різні копитні). Сапротрофи — організми, які живляться залишками інших організмів або продуктами їх життєдіяльності (некрофаги, копрофаги, детритофаги). Сапрофіти — бактерії, гриби, невелика група рослин. Гетеротрофні організми, які споживають і рослинну, і тваринну їжу, належать до поліфагів (рудий тарган, пацюк, бурий ведмідь).

Міксотрофи — організми, які мають змішаний тип живлення — живляться і як автотрофи, і як гетеротрофи (евглена зелена, комахоїдні рослини, рослини-напівпаразити).

Структура і властивості біогеоценозу

Біотична частина біогеоценозу охоплює різні екологічні групи популяцій організмів, що поєднані між собою просторовими і трофічними зв’язками:

• а) продуценти — організми, здатні синтезувати органічні сполуки з неорганічних (автотрофні прокаріоти, водорості, вищі рослини);
• б) консументи — популяції гетеротрофних організмів, які споживають інші організми або мертву речовину (фітофаги, сапротрофи, хижаки, паразити);
• в) редуценти — популяції організмів, які живляться органічною речовиною залишків чи продуктів життєдіяльності організмів, мінералізуючи їх (бактерії, гриби, копрофаги, некрофаги, детритофаги).

Основу зв’язків між популяціями біогеоценозу зумовлюють характер живлення особин і способи добування ними енергії.

Абіотична частина біогеоценозу:

• а) неорганічні сполуки, які входять у біогенну міграцію речовин (СО₂, О₂, Н₂О, N₂ тощо);
• б) органічні сполуки, які зв’язують між собою абіотичну та біотичну частини біогеоценозу (залишки організмів та продуктів їхньої життєдіяльності);
• в) мікроклімат, який визначає умови існування організмів (світло, середньорічна температура, вологість тощо).

Властивості біогеоценозів

Цілісність — здатність забезпечувати тісні зв’язки організмів між собою та фізичним середовищем існування. Потоки енергії та колообіг речовин, які виникають унаслідок взаємодії живих організмів між собою та середовищем, зв’язують складові частини біогеоценозу в єдину систему.

Стійкість зумовлена тим, що сучасні біогеоценози — результат тривалої та глибокої адаптації живих компонентів один до одного і до компонентів неживої природи.

Самовідтворення — здатність біогеоценозів до взаємодії саморегульованих популяцій, що входять до їх складу та забезпечуються наявними умовами довкілля (температура, вода, їжа тощо).

Саморегуляція — коливання кількісних та якісних показників біопродуктивності, способів і швидкості біогенного колообігу речовин та потоків енергії навколо певних оптимальних значень. Між компонентами встановлюється певна динамічна рівновага і збільшення чисельності виду організмів веде до масового розмноження «споживача». Так, масове розмноження гризунів призводить до збільшення чисельності хижаків і паразитів, які зменшують чисельність популяції. А це веде до зменшення популяції хижаків, і динамічна рівновага в біоценозі відновлюється. Крім міжвидових зв’язків, регулюючими чинниками можуть бути і внутрішньовидові.