Сравнительная характеристика природных экосистем и агроэкосистем. Естественные и искусственные экосистемы

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.

Экосистемы — это одно из ключевых понятий экологии, которое представляет собой систему, включающую в себя несколько компонентов: сообщество животных, растений и микроорганизмов, характерную среду обитания, целую систему взаимосвязей, благодаря которым осуществляется взаимообмен веществами и энергиями.

В науке существует несколько классификаций экосистем. Одна из них разделяет все известные экосистемы на два больших класса: естественные, созданные природой, и искусственные — те, что создал человек. Рассмотрим каждый из этих классов подробнее.

Естественные экосистемы

Как уже отмечалось выше, естественные, природные экосистемы образовались в результате действия сил природы. Для них характерны:

• Тесная взаимосвязь органических и неорганических веществ
• Полный, замкнутый круг круговорота веществ: начиная от появления органического вещества и заканчивая его распадом и разложением на неорганические компоненты.
• Устойчивость и способность к самовосстановлению.

Все природные экосистемы определяются следующими признаками:

• 1. Видовая структура : численность каждого вида животного или растения регулируется природными условиями.
  2. Пространственная структура : все организмы располагаются в строгой горизонтальной или вертикальной иерархии. Например, в лесной экосистеме четко выделяются ярусы, в водной — размещение организмов зависит от глубины воды.
  3. Биотические и абиотические вещества . Организмы, составляющие экосистему, делятся на неорганические (абиотические: свет, воздух, почва, ветер, влажность, давление) и органические (биотические — животные, растения).
  4. В свою очередь биотический компонент делится на производителей, потребителей и разрушителей. К производителям относят растения и бактерии, которые с помощью солнечного света и энергии создают из неорганических веществ органику. Потребители — это животные и плотоядные растения, которые питаются этой органикой. Разрушители (грибы, бактерии, некоторые микроорганизмы) являются венцом пищевой цепочки, так как производят обратный процесс: органику превращают в неорганические вещества.

Пространственные границы каждой природной экосистемы весьма условны. В науке принято определять эти границы естественными очертаниями рельефа: например, болото, озеро, горы, реки. Но в совокупности, все экосистемы, слагающие биооболочку нашей планеты, считаются открытыми, так как они взаимодействуют с окружающей средой и с космосом. В самом общем представлении картина выглядит так: живые организмы получают из окружающей среды энергию, космические и земные вещества, а на выходе — осадочные породы и газы, уходящие в итоге в космос.

Все компоненты природной экосистемы находятся в тесной взаимосвязи. Принципы этой связи складываются годами, иногда столетиями. Но именно поэтому они и становятся настолько устойчивы, так как эти связи и климатические условия и определяют виды животных и растений, которые обитают в данном ареале. Любое нарушение равновесия в природной экосистеме может привести к ее исчезновению или затуханию. Таким нарушением может стать, например, вырубка леса, истребление популяции того или иного вида животных. В этом случае сразу нарушается пищевая цепочка, и экосистема начинает "сбоить".

К слову, привнесение дополнительных элементов в экосистемы также способно нарушить ее. Например, если человек начнет разводить в выбранной экосистеме животных, которых там изначально не было. Яркое подтверждение тому — разведение кроликов в Австралии. Сначала это было выгодно, так как в такой благодатной среде и прекрасных для разведения климатических условиях, кролики стали размножаться с невероятной быстротой. Но в итоге все свелось к краху. Несметные полчища кроликов опустошали пастбища, где раньше паслись овцы. Численность овец стала снижаться. А продуктов от одной овцы человек получает гораздо больше, чем от 10 кроликов. Этот случай вошел даже в поговорку: "Кролики съели Австралию". Понадобилось неимоверное усилие ученых и большие затраты, прежде чем удалось избавиться от поголовья кроликов. Полностью их популяцию в Австралии истребить не удалось, но их численность сократилась и уже не угрожала экосистеме.

Искусственные экосистемы

Искусственными экосистемами называют сообщества животных и растений, обитающих в условиях, которые создал для них человек. Их еще называют нообиогеоценозами или социоэкосистемами. Примеры: поле, пастбище, город, общество, космический корабль, зоосад, сад, искусственный пруд, водохранилище.

Самым простым примером искусственной экосистемы является аквариум. Здесь ареал обитания ограничен стенками аквариума, приток энергии, света и питательных веществ осуществляется человеком, он же регулирует температуру и состав воды. Численность обитателей также изначальна определена.

Первая особенность: все искусственные экосистемы являются гетеротрофными , т.е потребляющими готовую пищу. Возьмем для примера город — одну из самых больших искусственных экосистем. Здесь огромную роль играет приток искусственно созданной энергии (газопровод, электричество, продукты питания). В то же время, такие экосистемы характеризуются большим выходом ядовитых веществ. То есть, те вещества, которые в природной экосистеме в дальнейшем служат для производства органики, в искусственных зачастую становятся непригодными.

Еще одна отличительная особенность искусственных экосистем — незамкнутый цикл обмена веществ. Возьмем для примера агроэкосистемы — наиболее важные для человека. К ним относятся поля, сады, огороды, пастбища, фермы и прочие сельскохозяйственные угодья, на которых человек создает условия для выведения продуктов потребления. Часть пищевой цепочки в таких экосистемах человек вынимает (в виде урожая), а потому пищевая цепочка становится разрушенной.

Третьим отличием искусственных экосистем от природных является их видовая малочисленность . Действительно, человек создает экосистему ради выведения одного (реже нескольких) видов растений или животных. Например, на пшеничном поле уничтожаются все вредители и сорняки, культивируется лишь пшеница. Это дает возможность получить лучший урожай. Но в то же время, уничтожение "невыгодных" для человека организмов делает экосистему неустойчивой.

Сравнительная характеристика природных и искусственных экосистем

Сравнение природных экосистем и социоэкосистем удобнее представить в виде таблицы:

Природные экосистемы	Искусственные экосистемы
Главный компонент — солнечная энергия.	В основном, получает энергию из топлива, и готовой пищи (гетеротрофны)
Формирует плодородную почву	Истощает почву
Все природные экосистемы поглощают углекислый газ и производят кислород	Большинство искусственных экосистем потребляет кислород и продуцирует углекислый газ
Большое видовое разнообразие	Ограниченное количество видов организмов
Высокая устойчивость, способность к саморегуляции и самовосстановлению	Слабая устойчивость, так как такая экосистема зависит от деятельности человека
Замкнутый обмен веществ	Незамкнутая цепь обмена веществ
Создает места обитания диких животных и растений	Разрушает ареалы дикой природы
Накапливает воду, разумно расходуя ее и очищая	Большой расход воды, ее загрязнение

Биогео ценоз (синоним – экосистема) - однородный участок земли, в котором:

1.все его живые организмы (биоценоз ) и

2. косное вещество (абиотические факторы)объединены обменом веществ и энергии в единый устойчивый природный комплекс.

Примеры биогеоценоза: пруд, дубрава, луг, моховая кочка, трухлявый пень и др.

В биогеоценозе(экосистеме)три функциональные группы по типу питания:

1. Продуценты – Производители - зеленые растения, производящие живое вещество из неживого. Они аккумулируют солнечную энергию в процессе фотосинтеза и создают органические вещества, побочно выделяя кислород.

Тип питания – автотрофный.

2. Консументы– Потребители - организмы, использующие органические вещества продуцентов. К ним относятся животные:

Травоядные животные – Потребители 1-го порядка едят растительную пищу

Плотоядные хищники - Потребители 2-го порядка – животную пищу.

Тип питания - гетеротрофный.

3.Редуценты – Разрушители (сапротрофы, трупоеды)грибы и бактерии, черви, превращающие органическое вещество в минеральное, разлагая остатки мертвых растений, животных микроорганизмов. Гумус (перегной) вновь используются продуцентами.

Тип питания - гетеротрофный.

Деление по типу возникновения. Искусственная экосистема, созданная человеком – агроэкосистема.

Сравнительная характеристика биогеоценозов и агроценозов.

Сравниваемая категория	Экосистема (биогеоценоз)	Агроценоз
1.Направление действия отбора	Естественный отбор выбраковывает нежизнеспособные особи и сохраняет приспособленных, т. е. отбор, формирует устойчивую экосистему	Искусственный отбор в направлении сохранения организмов с максимальной продуктивностью. Естественный отбор ослаблен человеком
2.Круговорот основных питательных элементов	Все ХЭ, потреблённые растениями, животными, возвращаются в почву, т. е. круговорот осуществляется полностью	Питательные вещ-ва, ХЭ выносятся с урожаем, т. е. круговорот не осуществляется
3.Видовое разнообразие и устойчивость	Большое видовое разнообразие. Устойчивость обеспечивают сложные взаимосвязи организмов. Длинные пищевые цепи, сети.	Монокультура. Выращивается, что-то одно. Взаимосвязи организмов не могут обеспечить устойчивость. Короткие пищевые цепи.
4.Способность к саморегуляции, самоподдержанию и сменяемости	1.Саморегулируется 2.Постоянносамовозобновляется 3.Способна к сменам сообществ (сукцессия) -заболачивание луга, ельник сменяет лиственный лес.	Регулируется и контролируется человеком. Он изменяет факторы среды: 1.поливает 2.борьба с сорняками 3. меняет сорта – повысить продуктивность
5.Продуктивность (количество биомассы, создаваемой на единицу площади)	Биомасса экосистем суши превышает продуктивность экосистем Мирового океана в 3 раза; основная продукция биомассы потребляется консументами.	Занимая 10% площади суши, производят ежегодно 2,5 млрд. т сельскохозяйственной продукции; отличаются значительно большей продуктивностью, чем биогеоценозы

Черты сходства агроценоза и природного биогеоценоза.

1. Являются открытыми системами - поглощают солнечную энергию.2. Действуют факторы эволюции (искусственный или естественный отбор, борьба за существование, наследственная изменчивость)3. Состоят из продуцентов, консументов, редуцентов.4. В обеих системах действует правило экологической пирамиды.5. В основе сообщества лежат продуценты (автотрофные организмы), непосредственно использующие энергию Солнца для синтеза органических веществ - первое звено в цепи питания.6. В биогеоценозах любого типа существуют цепи питания.

– это взаимодействие живой и неживой природы, которое состоит из живых организмов и сферы их обитания. Экологическая система является масштабным балансом и связью, что позволяет поддерживать популяцию видов живых существ. В наше время существуют естественные и антропогенные экосистемы. Различия между ними состоят в том, что первая создается силами природы, а вторая при помощи человека.

Значение агроценоза

Агроценоз – экосистема созданная руками человека с целью получения сельскохозяйственных культур, животных и грибов. Агроценоз также называется агроэкосистемой. Примерами агроценоза являются:

• яблоневые и другие сады;
• поля кукурузы и подсолнечника;
• пастбища коров и овец;
• виноградники;
• огороды.

Человек по причине удовлетворения своих потребностей и увеличения населения в последнее время вынужден изменять и разрушать природные экосистемы. В целях рационализации и увеличения объемов урожая сельскохозяйственных культур людьми создаются агроэкосистемы. В наше время 10% всей доступной суши занимают земли под выращивание сельскохозяйственных культур, а 20% — пастбища.

Отличие природных экосистем от агроценоза

Главные отличия агроценоза от натуральных экосистем состоит в:

• искусственно созданные культуры не могут конкурировать в борьбе с дикими видами и ;
• агроэкосистемы не приспособлены к самовосстановлению, и полностью зависят от человека и без него быстро ослабевают и умирают;
• большое количество и одного вида в агроэкосистеме способствуют масштабному развитию вирусов, бактерий и вредных насекомых;
• в природе существует намного больше разнообразия видов, в отличие от разводимых человеком культур.

Искусственно созданные агрохозяйственные участки должны находиться под полным контролем человека. Недостатком агроценоза становится частые увеличения популяций вредителей и грибков, которые не только вредят урожаю, но также могут ухудшить состояние окружающей среды. Численность популяции культуры в агроценозе увеличивается только при помощи использования:

• борьбы с сорняками и вредителями;
• орошения засушливых земель;
• высушивания переувлажненной земли;
• замены сортов культур;
• удобрения органическими и минеральными веществами.

В процессе создания агроэкосистемы человек выстроил полностью искусственные этапы развития . Большой популярностью пользуется мелиорация почв – обширный комплекс мероприятий направленных на улучшение природных условий с целью получить максимально высокий уровень урожая. Только правильный научный подход, контроль состояния почвы, уровня влаги и минеральных удобрений способны повысить продуктивность агроценоза в сравнении с естественной экосистемой.

Негативные последствия агроценоза

Человечеству важно поддерживать баланс агро- и природных экосистем. Люди создают агроэкосистемы для увеличения количества продуктов питания и используют их для пищевой промышленности. Однако создание искусственных агроэкосистем требуют дополнительных территорий, поэтому люди часто , распашивают землю и тем самым уничтожают уже существующие природные экосистемы. Это нарушает баланс диких и культурных видов животных и растений.

Вторую негативную роль играют пестициды, которые часто используют для борьбы с вредителями на агроэкосистемах. Эти химические препараты через воду, воздух и насекомых-вредителей попадают в природные экосистемы и загрязняют их. Кроме этого, избыточное употребление удобрений для агроэкосистем вызывает и грунтовых вод.