2. Таксономія агроекосистем

У світовому сільському господарстві, залежно віл джерела і кількості енергії, що надходить і використовується людиною, розрізняють кілька типів екосистем (Соколов і ін. 1994).

1. Природні екосистеми. Єдиним джерелом енергії є сонячна енергія (океан, гірські ліси). Ці екосистеми є основною опорою життя на Землі (приплив енергії в середньому 0,2 ккал/см^:× рік).

1. Високопродуктивні природні екосистеми. Окрім сонячної, використовують інші природні джерела енергії (торф та ін.). До них належать лимани, дельти великих річок, вологі тропічні ліси й інші природні екосистеми, що мають високу продуктивність. Тут у надлишку синтезується органічна речовина, яка використовується або накопичується (приплив енергії в середньому 2 ккал/см² × рік).

2. Агроекосистеми, близькі до природних екосистем. Разом з сонячною енергією використовують додаткові джерела, створювані людиною. До них належать системи сільського і водного господарства, які вироблюють продовольство і сировину. Додаткові джерела енергії – викопне паливо, енергія обміну речовин людей і тварин (приплив енергії в середньому 2 ккал/см² × рік).

3. Агроекосистеми інтенсивного типу. Пов’язані зі споживанням великих кількостей нафтопродуктів і агрохімікатів. Вони продуктивніші порівняно з попередніми екосистемами, відрізняючись високою єнергомісткістю (приплив енергії в середньому 20 ккат/см² × рік).

Основні особливості функціонування природних екосистем і агроекосистем.

1. Різний напрям відбору. Для природних екосистем характерний природний відбір, який призводить до фундаментальної їхньої властивості – стійкості, відкидаючи нестійкі, нежиттєздатні форми організмів їхніх спільнот. Агроекосистеми створює і підтримує людина. Головним тут є штучний відбір, спрямований на підвищення врожайності сільськогосподарських культур. Не зрідка врожайність сорту не пов’язана з його стійкістю до чинників довкілля, шкідливих організмів.

1. Різноманітність екологічного складу фітоценозу забезпечує стійкість продукційного складу в природній екосистемі під час коливання в різні за погодними умовами роки. Пригноблення одних видів рослин призводить до підвищення продуктивності інших. Внаслідок фітоценоз і екосистема загалом зберігають здатність до створення певного рівня продукції в різні роки.

Агроценоз польових культур – спільнота монодомінантна. а незрідка і односортова. На всіх рослинах агроценозу дія несприятливих чинників відбивається однаково. Не може бути компенсоване пригноблення зростання і розвитку основної культури посиленим зростанням інших видів рослин. Як наслідок цього, стійкість продуктивності агроценозу нижча, ніж у природних екосистемах.

2. Наявність різноманітності видового складу рослин з різними фенологічними ритмами дає змогу фітоценозу як ціліснім системі здійснювати безперервно впродовж всього вегетаційного періоду продукційний процес, повно і економно витрачаючи ресурси тепла, вологи і живильних елементів.

Період вегетації культивованих рослин в агроненозах коротший за вегетаційний сезон. На відміну від природних фітоценозів, де види різного біологічного ритму досягають максимальної біомаси в різний час вегетаційного сезону, в агроценозі зростання рослин одночасне і послідовність стадій розвитку зазвичай синхронізована. Звідси час взаємодії фітокомпоненту з іншими компонентами (наприклад, ґрунтом) в агроценозі набагато коротший, що природно, позначається на інтенсивності обмінних процесів у цілій системі.

Різночасовість розвитку рослин у природній екосистемі і одночасність їх розвитку в агроценозі призводять до різного ритму продукційного процесу. Ритм продукційного процесу, наприклад, у природних лукопасовищних екосистемах, задає ритм деструкційним процесам або визначає швидкість мінералізації рослинних решток і час її максимальної і мінімальної інтенсивності. Ритм деструкційних процесів в агроценозах набагато менше залежить від ритму продукційного процесу з огляду на те, що наземні рослинні рештки надходять на ґрунт і в ґрунт на короткий проміжок часу, зазвичай наприкінці літа і на початку осені, а їхня мінералізація здійснюється головним чином на наступний рік.

3. Суттєва відмінність природних екосистем і агроекосистем – ступінь компенсування кругообігу речовин всередині екосистеми. Кругообіги речовин (хімічних елементів) у природних екосистемах здійснюються по замкнутих циклах, близьких до компенсаційних: прихід речовини в цикл за певний період у середньому дорівнює виходу речовини з циклу, а звідси у середині циклу прихід речовини в кожен блок приблизно дорівнює виходу речовини з нього.

Антропогенні дії порушують замкнутість кругообігу речовин в екосистемах.

Частина речовини в агроценозах безповоротно вилучається з екосистеми. За високих норм внесення добрив для окремих елементів може спостерігатися явище, коли величина входу елементів живлення в рослини з ґрунту виявляється менше величини надходження елементів живлення в ґрунт з рослинних решток, що розкладаються, і добрив. З господарською корисною продукцією в агроценозах відчужується 50-60% органічної речовини від ії кількості, акумульованої в продукції.

4. Агроценози на відміну від природних екосистем є системами, що керуються людиною. Для досягнення своєї мети людина в агроценозі великою мірою змінює або контролює вплив природних чинників, дає переваги в зростанні і розвитку головним чином компонентам, які продукують їжу. Основне завдання у зв’язку із цим – знайти умови підвищення врожайності за мінімізації енергетичних і речовинних витрат, підвищенні ґрунтової родючості. Вирішення цього завдання полягає в якнайповніщому використанні агрофітоценозами природних ресурсів і створенні в агроценозах циклів хімічних елементів, що компенсуються. Повнота використання ресурсів визначається генетичними особливостями сорту, тривалістю вегетації, неоднорідністю компонентів у сумісних посівах, ярусністю посіву та ін.

Найжорсткіший контроль стану агроекосистем можна здійснити тільки в закритому просторі. Такий контроль потребує великих витрат енергії.

До цієї категорії належать напіввідкриті системи з дуже обмеженими каналами зв’язку із зовнішнім середовищем (теплиці, тваринницькі комплекси), де регулюються і великою мірою контролюються температура, радіація, кругообіг мінеральних і органічних речовин. Це – керовані агроекосистеми. Все інші агроекосистеми – відкриті системи. Ефективність їхнього контролю людиною тим вища, що вони простіші (Соколов та ін.. 1994).

У напіввідкритих і відкритих системах зусилля людини зводяться до забезпечення оптимальних умов зростання організмів і строгого біологічного контролю за їхнім складом. Тому виникають такі практичні завдання:

• по-перше, мірою можливості повне усунення небажаних видів;

• по-друге, відбір генотипів, що мають високу потенційну продуктивність.

Загалом кругообіг речовин пов’язує різні види, що мешкають в агроекосистемах.

Автотрофні організми – продуценти, головним чином трави (І); первинні консументи. переважно сільськогосподарські тварини (II); вторинні консументи – паразити і мікроорганізми (III); і організми-редуценти – гриби і мікроби (IV).

Було б неправильно розглядати тварин щодо ланок трофічного ланцюга тільки як консументи. а мікроорганізми – як редуценти і деструкції.

Утилізувавши органічні сполуки, тварини розкладають їх на прості сполучення (аміак, сечовину, вуглекислий газ. воду) або є редуцентами. Мікроорганізми, з’їдені хижими простими, є харчовим субстратом і джерело енергії для консументів.

У біосфері багато речовин біогенного походження, що циркулюють, водночас є і носіями енергії. Рослини в процесі фотосинтезу перетворюють променисту енергію Сонця на енергію хімічних зв’язків органічних речовин і накопичують її у формі вуглеводів – потенційних енергоносіїв. Ця енергія включається в кругообіг споживання від рослин через фітофаги до консументів вищих порядків.

Кількість зв’язаної енергії мірою руху трофічним ланцюгом постійно зменшується, оскільки велика її частина витрачається для підтримки життєвих функцій консументів. Завдяки кругообігу енергії в екосистемі підтримується різноманітність форм життя, а система зберігає стійкість.

Кількість енергії, що продукується в конкретній природній екосистемі, є досить стабільною величиною. Завдяки здатності екосистеми виробляти біомасу людина отримує потрібні їй харчові і технічні ресурси.

Дія людини на екологічні системи, пов’язана з їх руйнуванням або забрудненням, безпосередньо призводить до переривання потоку енергії і речовини, а отже, і до зниження продуктивності. Тому перше завдання, що стоїть перед людством. – запобігання зниженню продуктивності агроекосистем. а після цього рішення може бути вирішено і друге найважливіше завдання – підвищення продуктивності.