Саморегуляция экосистем. Многообразные формы взаимоотношений между популяциями разных видов объединяют экосистему в целостную биологическую общность. Длительное существование экосистемы поддерживается за счет взаимодействий между продуцентами, консументами и редуцентами, возникающих на основе круговорота веществ и постоянного притока солнечной энергии.
Устойчивость экосистемы связана с биологическим разнообразием и сложностью трофических связей организмов, входящих в ее состав. Там, где высоко видовое разнообразие, консументы могут избирать разные виды пищевых ресурсов, и в первую очередь — наиболее массовые. Если потребляемый пищевой объект становится редким, то консумент переключается на питание другим видом, а первый, освобожденный от пресса выедания, будет восстанавливать свою численность. Благодаря такому переключению поддерживается динамическое равновесие между пищевыми ресурсами и их потребителями и обеспечивается возможность их длительного сосуществования .
Примером регуляции численности видов в экосистеме могут стать взаимоотношения типа хищник—жертва. Исследуя динамику популяций хищника и жертвы, экологи установили, что в природе колебания их численностей в некоторых случаях можно представить в виде взаимосвязанных циклов. Классический пример — колебание численности американского зайца-беляка в бореальных лесах Канады. Колебание его численности соответствует колебанию численности ряда хищников, таких, например, как рысь. Раз в 9—10 лет наблюдается подъем и спад численности зайца. Когда численность его популяции достигает максимума, также увеличивается вследствие изобилия добычи численность популяции рыси. Как только численность зайцев падает вследствие перенаселенности, болезней либо недостатка корма, гибнет от голода и рысь. Затем при избытке пищи и малом количестве хищников зайцы снова начинают размножаться. Периодические колебания численности зайца-беляка влекут за собой похожие колебания численности рыси, но не наоборот (рис. 2.13).
Таким образом, взаимоотношения типа хищник—жертва взаимно сглаживают взрывы роста численности и стабилизируют экосистему.
Экосистема обладает способностью поддерживать динамическое равновесие в постоянно меняющихся условиях. Такая способность экосистемы к самоподдержанию и саморегулированию называется гомеостазом. В основе гомеостаза лежит принцип обратной связи.
Гомеостаз — состояние внутреннего динамического равновесия экосистемы, поддерживаемое регулярным возобновлением основных ее структур, вещественно-энергетического состава и постоянной саморегуляцией ее компонентов.
Гомеостаз экосистемы выражается в способности сохранять постоянство видового состава и численности особей, в способности популяций поддерживать динамическое равновесие генетического состава, что обеспечивает ее высокую жизнеспособность. Гомеостаз включает в себя два взаимосвязанных процесса — достижение устойчивого равновесия и саморегуляцию. Под саморегуляцией понимается способность природной экосистемы к восстановлению внутренних свойств и структур после какого-либо природного или антропогенного воздействия, изменившего эти свойства и структуры.
Агроценозы. В биосфере помимо естественных экосистем существуют и искусственные, созданные хозяйственной деятельностью человека. Такие искусственно созданные человеком сообщества называют агроце-нозами (от греч. agros — поле).
Агроценоз, или агробиоценоз, (сельскохозяйственная экосистема) — созданное и регулярно поддерживаемое человеком с целью получения сельскохозяйственной продукции сообщество.
К агроценозам относятся поля, пастбища, огороды, сады, зеленые насаждения, крупные животноводческие комплексы с прилегающими пастбищами и т.д. (рис. 2.14). Обычно агроценозы включают совокупность организмов, обитающих на землях сельхозпользования. Характерная особенность агроэкосистемы — малая экологическая устойчивость, но высокая урожайность одного или нескольких видов растений (или сортов культивируемого растения) или животных. Основные черты агроценоза определяет человек, заинтересованный в получении максимального количества сельскохозяйственной продукции.
Структура агроценоза. Агроценозы, как и природные экосистемы, характеризуются набором составляющих их видов (т.е. обладают определенным составом организмов) и определенными взаимоотношениями между организмами и средой обитания. В агроценозе складываются те же цепи питания, что и в естественных экосистемах. Например, трофическую структуру ржаного поля определяет набор продуцентов (рожь, сорняки), консументов (насекомые, птицы, полевки, лисы) и редуцентов (грибы, микроорганизмы). Однако, в отличие от естественной экосистемы, обязательным звеном пищевой цепи здесь является человек, который формирует агроценозы, исходя из их практической значимости, и обеспечивает их высокую продуктивность.
Отличие агроценозов от естественных экосистем. Агроценозы отличаются от естественных экосистем рядом особенностей. Первое отличие состоит в том, что разнообразие живых организмов в них резко снижено для получения максимально высокой продукции. На ржаном или пшеничном поле кроме злаковой монокультуры можно встретить всего несколько видов сорняков. На естественном лугу биологическое разнообразие значительно выше, но биологическая продуктивность луга во много раз уступает засеянному полю.
Второе отличие — пути отбора организмов в агроценозе. Культивируемые виды поддерживаются человеком. Они крайне чувствительны к вредителям (особенно при их массовом размножении) и болезням и не могут выдерживать конкуренции с дикими видами без поддержки человека.
Третье отличие — для агроценозов, по сравнению с естественными биоценозами, характерна большая открытость. В естественных биоценозах первичная продукция растений потребляется в многочисленных цепях питания и вновь возвращается в систему биологического круговорота в виде углекислого газа, воды и других неорганических веществ. Агроценозы же более открыты. Вещество и энергия изымаются из них с урожаем, животноводческой продукцией, а также в результате разрушения почв. Смена растительного покрова в агроценозах происходит не естественным путем, а по воле человека, что не всегда хорошо отражается на качестве. Особенно это касается почвенного плодородия.
Почва является важнейшей системой жизнеобеспечения и существования сельскохозяйственного производства. Однако продуктивность агроценозов зависит не только от плодородия почвы и поддержания ее качества. В не меньшей мере на нее влияет сохранность среды обитания полезных насекомых, например опылителей, и других представителей животного мира. К тому же в этой среде обитают многие естественные враги сельскохозяйственных вредителей. Общеизвестны примеры массовой гибели опылителей полей гречихи в США при столкновении их с автомобилями в случае очень близкого расположения сельскохозяйственных угодий к автотрассам. Печально известна «антиворобьиная» кампания в Китае, когда были уничтожены тысячи воробьев — птиц, якобы вредящих урожаю зерновых, и последовавшая вслед за этим вспышка размножения вредителей злаковых культур, которая принесла значительный урон землевладельцам этой восточной страны.
Еще одна особенность, более трех предыдущих отличающая агроценозы от природной экосистемы, состоит в получении дополнительной энергии для нормального функционирования. Под дополнительной энергией понимается любой тип энергии, привносимый в агроэкосистему. Это может быть мускульная сила человека или животных, различные формы горючего для работы сельскохозяйственных машин, удобрения, пестициды, ядохимикаты, дополнительное освещение и т.д.
Все искусственно создаваемые в сельскохозяйственной практике агроценозы полей, садов, пастбищных лугов, огородов, теплиц представляют собой системы, специально поддерживаемые человеком. В агроценозах используется именно их свойство производить чистую продукцию, так как все конкурентные воздействия на культивируемые растения со стороны сорняков сдерживаются агротехническими мероприятиями, а формирование пищевых цепей за счет вредителей пресекается с помощью различных мер, например химической и биологической борьбы. Но эти сообщества неустойчивы, не способны к самовосстановлению и саморегулированию, подвержены угрозе гибели от массового размножения вредителей или болезней. Для их поддержания необходима постоянная деятельность людей.
С целью получения сельскохозяйственной продукции человек создает экологические сообщества — агроценозы — поля, огороды, сады, луга, пастбища. Агроценозы обладают малой экологической устойчивостью, но высокой урожайностью. Устойчивость экосистемы связана с биологическим разнообразием и сложностью трофических связей организмов, входящих в ее состав.
1. Дайте определение агроценоза . 2. Назовите основные отличия агроценоза от естественной экосистемы . 3. Почему агроценозы менее устойчивы , чем естественные экосистемы ? 4. Что такое гомеостаз экосистемы ?
