АГРОЕКОСИСТЕМА: СТРУКТУРА ТА ОСОБЛИВОСТІ КОМПОНЕНТІВ

Агроекосистеми належать до числа тих, що створюються людиною (антропогенні, синантропні) екосистеми. До цієї групи належать також міські і промислові екосистеми, але між ними і агроекосистемами є відсутня різниця. В агроекосистемах основним джерелом енергії є сонячне світло, яке фіксується рослинами і далі використовується геторотрофними організмами (консументами, редуцентами), що харчуються живою чи мертвою органічною речовиною рослин і тварин. Антропогенна енергія, що додатково вводиться в агроекосистему при обробці грунтів, витрачається на виробництво техніки, добрив в пестицидів, являє собою дуже малу кількість порівняно з величиною, що сонячної енергії, що використовується, соту долю відсотка. Таким чином, агроекосистеми, як і природні екосистеми лісів, степів і водойм, є автотрофними. Міські і промислові екосистеми, навпаки, гетеротрофні, при цьому в них використовується енергія нафти, газу, енергія АЕС, ГЕС і інші.

Міські екосистеми тісно взаємоповязані з агроекосистемаи: місто поставляє сільському господарству звязану антропогенну енергію” у формі хімікатів, техніки і отримує з агроекосистем продукти харчування і рослинну сировину, частина якої, після переробки, повертається в агроекосистему. Крім того, місто негативно впливає на агроекосистеми, що досить близько розташовані біля нього (в радіусі 10 км), забруднюючи грунт атмосферними викидами, стічними водами.

Автотрофний характер агроекосистем зумовлює їх структурну подібність з природними екосистеми. В агроекосистемах також функціонують блоки продуцентів (культурні рослини, буряни, рослини лісів, садів, лісосмуг і т.д.), консументів (сільськогосподарські тварини, фауна, що виникла само по собі і в більшій чи меншій мірі залежить від людини) і редуцентів (комплекс грунтових організмів). Однак агроекосистеми сильно відрізняються від природних екосистем за ступенем замкненості циклів циркуляції мінеральних і органічних речовин, по структурі гетеротрофних компонентів, по формуванню гумусу і інші (див. таб.).

Розглянемо основні компоненти агроекосистеми.

Культурні рослини

При адаптивному підході перед селекцією і рослинництвом ставиться задача забезпечити фіксацію агроекосистемою максимальної кількості невичерпної сонячної енергії на кожну одиницю, антропогенній енергії, що в неї вводиться (як правило, отриманої при використанні ресурсів, що вичерпуються). Поставлена задача можу бути вирішена тільки в тому випадку, коли рослини будуть менш потребувати вологи, добрив, будуть більш терпимі до помірно засолених та кислих грунтів, більш стійки до бурянів, шкідників і хвороб, що дозволить зменшити витрати енергії на добрива, полив і хімічний захист рослин. Крім того, сама структура фітоценозу посіву (агрофітоценозу) повинна бути більш екологічною, наприклад за рахунок висіву сумішей сортів чи полікультури з декількох видів.

Таким чином, при адаптивному підході метою селекції є не стільки підвищення продуктивного потенціалу, що для свого розкриття потребує високих вкладів антропогенної енергії ( а відповідно і повязаного з забрудненням середовища), скільки посилення адаптивних якостей, тобто стійкості культурних рослин до несприятливих умов. Іншими словами, від “сортів-рекордсменів” рослинництво переходить до “сортів-працівників”, що дають помірно високий врожай при незначних вкладах антропогенної енергії. Адаптивний підхід особливо важливий для нашої країни де 70% пашні знаходиться в умовах дефіцити вологи чи тепла.

В світлі ідей адаптивного підходу повинні перевірити точність і допустимі екологічно ефективні ареали обробки культурних рослин різних видів. Два-три десятиліття назад ми могли впевнитися, як можливо “скомпрометувати” кукурудзу, якщо висівати її біля Полярного кола, чи бавовник, якщо вирощувати його на Україні. Але і ареал пшениці і по сьогоднішній день у нас занадто широкий. Н.І. Вавілов писав про те, що землеробство бажано “опівнічнити”, тобто задовго до наших програм по Нечернозем’ю бачив перспективи цього району. Але вважав, що там повинна вирощуватися не пшениця, а жито, яке поряд з вівсом є основою рослинництва північних районів Фінляндії, Норвегії, Швеції. На південь пшениця повинна замінюватися на сорго, яке Н.І Вавілов називав “верблюдом рослинного царства”. Праці по сорго в нашій країні тільки розгортаються, а в Італії та Франції за період 1960-1980 рр. площина посівів сорго збільшилася в 30-60 раз!

В основу виведення сортів нового типу, тобто сортів, що отримують деякі риси предків, загублені в процесі селекції, покладено ряд якостей:

1. Висока екологічна пластичність, тобто здатність давати врожай (середній як мінімум) в широкому діапазоні коливання кліматичних умов.

2. Гетерогенність популяцій, тобто наявність в їх складі рослин, що відрізняються по деяким ознакам 9коливання в строках квітування, висота, глибина розташування кореневої системи, посухостійкість і інше).

3. Скороспілість, тобто здатність до швидкого розвитку, що випереджає розвиток бурянів. Скороспілість сорту посилює його конкурентну здатність, в результаті чого значно зменшується використання хімічних методів боротьби з бурянами.

4. Інтенсивність, тобто здатність активно реагувати на покращення умов вирощування (при високому генетичному потенціалі продуктивності сорту).

5. Оптимальна для корисної фракції, а саме врожаю (зерна, коренеплоди і т.д.) в загальній продукції. Сучасні короткостебельні сорти пшениці можуть до 60% своєї біомаси концентрувати в зерні. Але такі культури значно виснажують грунт, так як від них мало що залишається в полі (наприклад, останки після жнив, солома і інше що повертається в грунт) і підтримання балансу органічних речовин порушується.

6. Стійкість до грибкових і інших захворювань (протиіржасті сорти зернових культур, протиріжкові сорти пшениці, проса і т.д.).

7. Менша пошкодженість культур комахами.

Саме над отриманням сортів з такими якостями працюють селекціонери багатьох країн. І хоча робота проводиться з самими різними культурами, вимоги до якості сортів, що створюються загальні.

Буряни

Звязки бурянів та культурних рослин досить глибокі: це близькі родичі, прадіди яких були природними рудералами порушених місць проживання. Багато з минулих бурянів стали культурними рослинами (жито, морква), а деякі культурні рослини повернулися до “бродячого” способу життя.

Різноманіття видів бурянів достатньо велике, але роль їх у господарські діяльності людини різна. В загальній складності на полях нашої країни “проживає” 1,5 тис. бурянів, але з них не більше трьох десятків є дійсно шкідливими. Приблизно ще 100 видів приносять помірну шкоду, а всі інші нешкідливі, так як є вихідцями з природних умов екосистем і відчувають себе на пашні не особливо певно.

Хімізація сільського господарства визвала зменшення флористичного багатства сегетальних рослин (наприклад, нестійкими виявилося багато видів з числа хрестоцвітих). В той же час деякі види бурянів-антропохорів зберігають свою стійкість і при цьому навіть при ротаціях культур в сівозміні змінюється лише кількісне співвідношення між різними видами, а загальна їх кількість і видовий склад зберігаються. Цікаво, що видовий склад бурянів в значній мірі залежить від грунту, і знанням цієї закономірності часто користуються для ідентифікації якостей грунту (забезпеченості азотом, реакції грунтового розчину і інше).

Зберігатися бурянам в посівах дозволяє ціла низка їх особливостей: висока плодовитість, гетероспермія, здатність формувати “банки” насіння в грунті, генетична гетерогенність популяцій (за рахунок наявності одночасно декількох екотипів), пристосованість до фенологічних ритмів культурних рослин і дуже висока пластичність, що забезпечує формування насіння навіть в самих несприятливих умовах і при зменшенні розмірів рослини в сотні і тисячі раз.

Перелічені властивості бурянів дають їм “фору” в боротьбі з культурними рослинами. Як не парадоксально, ці переваги формувалися саме завдяки людині, хоча і проти її волі. Штучний цілеспрямований відбір послаблював культурні рослини і посилював буряни.

І в той же час при контрольованій кількості бурянів вони є корисними компонентами агроекосистем. Американські екологи вважають, що вони можуть бути мутуалами (тобто впливати позитивно) по відношенню до культурних рослин. Буряни, активно захоплювати добрива і накопичувати їх в глибоко розташованій кореневій системі, можуть бути запасниками поживних речовин і тим самим покращувати кругообіг потрібних елементів: перегниваючи, вони повертають накопичені корисні речовини в грунт.

Таким чином, уявлення про буряни як про зло і тільки зло змінилися. Замість терміна “боротьби з бурянами” стали використовувати більш екологічний термін “контроль” більше того, все ширше поширюються ідеї використання і навіть охорони бурянів.

Ідея охорони всіх видів флори, незалежно від того “корисний” вид чи ні, не тільки вказує на борг людини перед біосферою – зберегти все її багатство, так як кожен вид – неповторне створіння природи. Ця ідея відображає ще і вимоги життя, практичної діяльності людини. Поруч нас є види, безкорисні сьогодні, назавтра виявляються необхідною сировиною для промисловості, а особливо для фармацевтики. Так, кукуль, що фактично зник з поля, після появи зерноочисної техніки і сучасної системи контролю з використанням техніки і пестицидів, виявився прекрасною сировиною для отримання спирту і був введений в культуру в Німеччині.

Контроль кількості бурянів проводиться з врахуванням їх порогів. Розрізняють екологічний і економічний пороги. Екологічний поріг – та межа кількості бурянів, починаючи з якої вони перестають бути нейтральними по відношенню до культурних рослин і за рахунок перехвату ними ресурсів починається зниження врожаю. Економічний поріг – це та кількість бурянів починаючи з якої витрати на контроль (боротьбу з бурянами) будуть менше, ніж прибавка до врожаю.

Числові значення порогів конкретні для кожної культури і виду буряну, залежать вони від грунтово-кліматичних умов, системи добрив і поливу. Культури розрізняються по стійкості до бурянів, наприклад кількість бурянів для цукрового буряка, що діє на нього згубно, не завдасть шкоди пшениці.

При помірно високих врожаях, що отримуються в більшості районів нашої країни (для пшениці – 15-25 ц/га), пороги кількості буряну достатньо високі, і 10-15% площі вкритої бурянами не є основою для застосування гербіцидів, так як витрати на прополку не окупляться прибавкою врожаю.

В майбутньому все більшу роль будуть відігравати різні біологічні методи контролю. Вже зараз у нашій країні різні біометоди використовуються на площах в декілька мільйонів гектарів. Достаньо широке розповсюдження отримали так звані мікогербіциди – спори патогенних грибів, які розносяться вітром і вражають окремі види бурянів, причому вражають завжди прицільно, так як звязок рослини-хазяїна і гриба високоспецифічна і досить міцна.

Однак основну роль в контролі чисельності бурянів повинні відігравати агротехніка і оптимізація складу агрофітоценозів, забезпеченні більш повного використовування ніш культурними рослинами, конструювання рослинних спільнот, закритих від масового вселення бурянів. Безгербіцидні технології можуть давати не тільки екологічний але і економічний ефект. Так заміні гребіцидів на дворазове боронування в Білорусії дозволило підвищити врожай зернових на 2,7 ц/га і отримати окупаємість в 40 руб. на кожен витрачений 1 руб. витрат.

Табл. Порівняльна характеристика природних екосистем та агроекосистем

Параметр оцінки	Природні екосистеми		Агроекосистема (однорічні культури)
	ліс	лука
Джерело енергії, за рахунок якого функціонує екосистема	Сонячна енергія, що фіксується в процесі фотосинтезу.	Сонячна енергія і помірні енерго-витрати на внесення добрив.	Сонячна енергія і високі енерговитрати на піклування за посівами.
Трофічна структура.	Гетеротрофні компо-ненти представлені природними консу-ментами і редуцента-ми і складають 10% біомаси	Основний консумент – домашні тварини. Якщо їх маса перевищує 10% від загальної біомаси, то це призведе до деградації екосис-теми.	Гетеротрофні організ-ми в надземній час-тині екосистеми представлені кома-хами, що дають періодичні спалахи чисельності. Основ-ними споживачами фітомаси є людина чи тварини. В підземній частині гетеротрофів значно більше, але вони складають не більше 7% від біомаси еокосистеми.
Співвідношення фітомаси надземної і підземної астини	1:2	1:3 - 1:10	1:1-1:0,2
Роль різних частин рослин в накопиченні органічних залишків	Надземні і підземні частини беруть участь в рівній мірі.	Формування гумусу іде за рахунок коренів і залишків (на пашні – за рахунок поживних решток).
Ступінь замкнутості циклів кругообороту мінеральних елементів	Висока. Практично всі елементи цирку-люють по замкнутому щиклу. Можлива деяка втрата за рахунок вивозу дере-вини, заготовки рос-линного матеріалу, полювання.	Достатньо висока, хоча доля елементів, що виносяться з врожаєм особливо при сінокосі, збіль-шується.	Низька. Вилучення речовин з екосистеми дуже велике.
Можливість відтоку речовин з екосистеми	Низька, але може зростати при порушенні цілісності надгрунтового покрову (випас на схилах).		Висока. З екосистеми з врожаєм вилу-чається до 50% добрив, що вносяться. Крім того, гублять гумус і мінеральні добрива внаслідок ерозії.