§ 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.

Біоценоз і агроценоз

Стаття написана Павлом Чайкою, головним редактором журналу «Пізнавайка». З 2013 року з моменту заснування журналу Павло Чайка присвятив себе популяризації науки в Україні та світі. Основна мета як журналу, так і цієї статті – пояснити складні наукові теми простою та доступною мовою.

Природа і ми… Нерідко це поєднання звучить як неминуче протиставлення. Але все частіше людина прагне уникнути його. Є тут шляхи старі, здавалося б, випробувані, а є і нові. Про нову комплексну галузь сучасного природознавства – агроценологію, що народилася на стику біоценології, грунтознавства, геології та географії ми поговоримо з академіком Меркурієм Сергійовичем Гіляровим.

– Меркурій Сергійович, ми знаємо, що термін «біогеоценоз» ввів в науковий обіг академік В. Н. Сукачов, поняття ж «агроценоз» народилося порівняно недавно. У чому ж різниця між біо – і агроценозами?

– Дослідження в цій галузі ведуться вже більше ста років. Коли німецький біолог К. Мебіус в кінці сімдесятих років XIX століття, досліджуючи спільноти устричних банок в Північному морі, запропонував називати їх біоценозами, він, ймовірно, не думав, що поняття це потім стане одним з головних в біології та екології. Проте, саме тоді почалося вивчення біоценозів як комплексів пов’язаних між собою організмів, співіснуючих за певних умов. Лише шістдесят років потому академік В. Н. Сукачов довів, що не можна розглядати спільноти тварин і рослин (біоценози) у відриві від середовища їх проживання (біотопів). Він вважав, що біогеоценоз — це сукупність на відомому протязі земної поверхні однорідних природних явищ (атмосфери, гірських порід, рослинності, тваринного світу, світу мікроорганізмів, грунту і гідрологічних умов), що мають свою особливу специфіку.

Велике значення дослідження в цій області придбали в середині минулого століття, коли помітно проявилися негативні наслідки втручання людини в природне середовище. Стало зрозуміло, що потрібен комплексний науковий підхід до використання сільськогосподарських угідь. Це і є сфера агроценології. Основна відмінність агробіоценозів від скупчення організмів — це зв’язок всіх компонентів агроценозу між собою різноманітними взаєминами, головним чином харчовими (що утворюють ланцюги харчування — трофічні зв’язки). Але зв’язки ці вже порушені людиною, вони обумовлені нашим впровадженням. Тому агроценоз великою мірою залежить від нашої волі…

– Штучно створювані агробіоценози народжуються в зоні сільськогосподарської діяльності. Людина полегшує виживання тільки оброблюваної рослини, всі ж інші частини спільноти (інші рослини, комахи, різноманітні тварини) знаходяться в несприятливих умовах. Структура агроцензів складна, у них особлива історія розвитку. Чи можна говорити про їх зв’язок з природними біогеоценозами або ж вони істотно відрізняються від них?

– Їх зв’язок безсумнівний. Людина не вигадала ніяких нових біологічних законів розвитку життя. І сьогодні основа існування всього живого – потік сонячної енергії і кругообіг хімічних елементів. Як в природних, так і в штучних спільнотах всі організми, що входять в них, взаємопов’язані, а основою ланцюгів харчування служать зелені рослини. У цьому та спільність, про яку ми не маємо права забувати. Однак у агроценозів є ряд важливих особливостей, які перетворюють їх в нові природні системи, що живуть в особливому режимі і за своїми законами. Якщо у природних біогеоценозів немає ніякого «соціального завдання» і природа, що існувала до появи людини, регулювалася виключно за законами природного відбору, то в агроценозах ситуація інша.

Агробіоценози можуть жити лише при постійній підтримці людини. Ми обробляємо грунт, вносимо добрива, застосовуємо гербіциди та інсектициди, меліоруємо грунт, доглядаємо за рослинами. Витрати енергії, що йде на допомогу рослинам, з кожним роком все зростають і вже зараз складають близько десяти відсотків від енергії, акумульованої у врожаї.

Оскільки в агробіоценозах разом з урожаєм з полів вилучається частина органічних речовин і хімічних елементів і вони не повертаються в грунт, то в порівнянні з природними біогеоценозами в них порушується біологічний кругообіг (фундамент життя будь-якого біоценозу) і бідніє грунт. Для компенсації цих процесів використовується весь арсенал сучасного землеробства з його різноманітними системами обробки грунтів, сівозмінами, внесенням мінеральних і органічних добрив, вибором сільськогосподарських культур і сортів рослин.

У природних біогеоценозах є складний багатовидовий рослинний покрив, численні популяції різних комах, черв’яків і хребетних. Структура агробіоценозів завжди спрощена. Це природно, так як ми обробляємо в більшості випадків тільки один вид або сорт рослини і докладаємо великих зусиль для боротьби з бур’янами і шкідниками, попутно знищуючи корисних комах і супутні рослини. Збіднення структури агробіоценозів веде до того, що вони, незважаючи на постійну турботу людини, втрачають здатність до саморегуляції, стають нестійкими. Без постійної допомоги людини агробіоценози втрачають рівновагу.

Стійкість природних біогеоценозів до зміни зовнішніх умов (температури, вологості, ґрунтових показників) і порушення балансу окремих популяцій в його складі (катастрофічний розвиток шкідливих комах і хвороб рослин) пояснюється складністю структури цих спільнот. Зміна чисельності будь-якого виду в складних ценозах, як правило, не призводить до їх загибелі, а лише викликає зміну міжвидових зв’язків. Протилежну картину ми бачимо в гранично простих штучно створених агробіоценозах, заснованих найчастіше на одному домінантному вигляді культурної рослини. Структура їх гранично спрощена, і вилучення домінуючого виду повністю руйнує агробіоценоз. Наприклад, спалах чисельності комахи, що пошкоджує оброблюваний вид рослини, може привести до суцільного знищення культурних посівів і загибелі агробіоценозу.

Тому агробіоценози дуже чутливі до зовнішніх впливів. Зміна водного балансу, хімічного складу грунту і атмосфери, різкі перепади клімату впливають і на окремі елементи природних біогеоценозів, але для спрощених, монокультурних агробіоценозів можуть виявитися просто згубними. Всім відомо, як примхливі часом бувають селекційні високопродуктивні сорти культурних рослин, навіть більш стійких злаків.

Агробіоценологія допомагає нам боротися з негативними наслідками вузької спеціалізації сільськогосподарських посівів. Для цього агробіоценози збагачуються корисними видами, тобто ми частково компенсуємо зниклі природні ланки. Щоб забезпечити агробіоценози здатністю до саморегуляції, ми ускладнюємо сільськогосподарські ландшафти. Висаджуючи полезахисні лісосмуги, висіваючи на околицях полів медоноси (для підживлення запилювачів і корисних ентомофагів), вводячи в сівозміну травосуміш, ми допомагаємо агробіоценозам зберігати природну стійкість, зменшуємо витрати на хімічну боротьбу зі шкідниками, зберігаємо навколишнє середовище від забруднення.

У сучасному світі вплив людини на біосферу вельми різноманітнй. У процесі своєї сільськогосподарської діяльності протягом багатьох століть людина активно змінює навколишнє середовище, і поступово природні біогеоценози на все більших площах витісняються агробіоценозами. Вже сьогодні ріллі і пасовища займають близько тридцяти відсотків суші.

Швидке зростання народонаселення, створення нових високоврожайних сортів і техніки їх обробітку, величезний розмах меліоративних і землевпорядних робіт ставлять питання про якісно новий рівень і наслідки втручання людини в природні процеси.

Знаючи і використовуючи основні закони розвитку агробіоценозів, ми вирішуємо головне завдання «господарської» біології: створюємо з корисних людині видів збалансовані спільноти, що дають максимальний урожай. Завдання це комплексне. Над його вирішенням зараз працюють і повинні працювати фахівці самих різних галузей знання: біологи, економісти, хіміки — виробники мінеральних добрив і хімікатів, географи. Кожна з цих галузей знань може дати нову, необхідну інформацію для агроценології і, значить, допомогти становленню нової науки.

– У чому ж полягає стратегія створення агроценозів?

– Єдиної стратегії тут бути не може. Кожен випадок вимагає окремого рішення. Зв’язки в агроценозах різноманітні. Вивчити їх всі, навіть в одному співтоваристві, складно і дорого. Наука йде тут шляхом вивчення окремих найбільш важливих комплексів зв’язків. Підкреслюю, в агроценозі потрібно спочатку виділити головні зв’язки, намацати його «скелет» і вести будівництво агроценоз відповідно до цього «скелету».

Ця структура мені бачиться в наступному: рослинні спільноти — шкідливі і корисні комахи — грунт — грунтові біоценози.

Причому у всіх ланках структури йде перебудова: наприклад, різка перебудова комплексу рослиноїдних комах (фітофагів). За харчовою спеціалізацією, по довжині циклу розвитку і по здатності до розселення можна передбачити, які місцеві види можуть стати небезпечними шкідниками тієї чи іншої культури. Прогнози розмноження шкідників робилися як при введенні в культуру нових видів рослин (каучуконос, соя, кенаф), так і щодо районів нового освоєння, наприклад у багатьох районах Узбекистану, в Голодному степу, в Цілинному краї.

Масове розмноження шкідників в саморегулюючих біогеоценозах стримується їх природними ворогами-ентомофагами. У монокультурних агробіоценозах комахи, що ушкоджують культурну рослину, отримують переважні умови розвитку. Тут є все необхідне для їхнього життя. Стримуючі їх розвиток ентомофаги, навпаки, пригнічені. Це пояснюється тим, що ентомофагам для їх життєдіяльності потрібна додаткова харчова база. Тому тут чисельність шкідників не регулюється ентомофагами, їх природними ворогами, і для збереження врожаю людина змушена сама вести боротьбу зі шкідниками і збудниками хвороб культурних рослин.

Хімічні методи боротьби часто не дають бажаного ефекту, оскільки виборча здатність всіх пестицидів обмежена і їх застосування веде до знищення не тільки об’єкта боротьби, але і до загибелі черв’яків, комах-запилювачів і, що особливо важливо, до загибелі ентомофагів — наших природних помічників. При цьому шкідники розмножуються швидше, ніж корисні комахи, і дають новий спалах чисельності. І знову з’являється потреба в хімічній обробці полів. Одночасно агробіоценози збіднюються, в них порушуються процеси саморегуляції, знижується родючість грунтів. Це лише один з численних прикладів порушення структури агроценозу.

Але структуру можна і підтримати. У цьому сьогодні стратегія агроценології. Це можна зробити, створюючи полезахисні насадження, проводячи безвідвальну обробку грунтів, цим ми допомагаємо ентомофагам. Так народжуються складні ланцюги харчування, знижується ймовірність масового розмноження шкідників. Інтегрована боротьба допоможе зберегти урожай і оберегти середовище від хімічного забруднення.

Близько п’ятдесяти років тому на чорноморське узбережжя Кавказу була завезена особлива зозуля з Австралії. Справа в тому, що цитрусові культури уражаються шкідником австралійським жлобчатим червецем. Зозуля впоралася з ним краще, ніж отрутохімікати.

На Північному Кавказі росте амброзія – дуже агресивний бур’ян. Амброзія губить сільськогосподарські культури, швидко розмножується, захоплюючи все нові простори, пилок її викликає у багатьох людей алергічний риніт і астму. У неї є ворог — специфічний жук-листоїд. Їсть він тільки листя амброзії і не небезпечний для культурних насаджень. Зараз ведуться успішні досліди з його акліматизації.

Цікавим видається досвід застосування біологічної боротьби з гусеницями, шкідниками плодових, зернових і технічних культур. Винищують цих шкідників наїзники-яйцеїди-трихограма. Правда, оскільки для кожного виду гусениць підходить тільки один, свій вид, підвид або раса наїзника, метод поки примхливий і відносно складний.

Особливо широко використовуються біологічні методи боротьби в умовах штучних насаджень в теплицях, де основні шкідники овочевих культур – це попелиці. З санітарно-гігієнічних міркувань хімічну боротьбу з ними вести не можна, зате випуск личинок златоглазки звичайної, які харчуються попелицями, дає відчутний ефект в боротьбі зі шкідником.

– Ви розповіли про один елемент структури агроценозів. Як же допомогти іншим доданкам агроценозів, зокрема в грунті?

– Сьогоднішню ситуацію з ґрунтом може пояснити приклад, що показує стан наших чорноземів, які є еталоном родючості ґрунтів. Куб чорнозему, взятий в заповідній ділянці (є і такий — земля тут не ореться і не обробляється з початку XIX століття), помітно відрізняється від такого ж куба, але взятого з колгоспного поля. Товщина родючого гумусного шару в такому кубі майже на третину менше, на ньому немає рослинної подушки – рясного переплетення коренів трав, які оберігають чорнозем від вивітрювання і збіднення, сама фактура його простіша. У грунті як чорноземних, так і нечорноземних областей знижується вміст корисного гумусу.

Грунту ми можемо допомогти, створюючи в ньому штучні біоценози, заселяючи його дощовими хробаками. Ці, що за традицією вважаються не дуже симпатичними істоти настільки цінні, що в США, Японії і на Філіппінах їх штучно розводять в комерційних цілях. На спеціальних фермах черв’яки живуть в купах гною, досягаючи в верхньому шарі (до п’яти сантиметрів) чисельності близько трьох тисяч особин на один квадратний метр бурта!

Цікаво, що розкладання компосту проходить при заселенні дощовими хробаками в чотирнадцять разів швидше, ніж без них. Черви переробляють і перетворюють в хороше добриво органічні відходи, мул каналізаційних вод, свинячу гнойову рідину. В результаті такої переробки ці речовини втрачають поганий запах, звільняються від шкідливої мікрофлори, набувають агрономічно цінну зернисту структуру, втрачають токсичність. Тому варто розводити черв’яків, які здатні жити в даному районі. Прикладів цьому багато. Так, в Середній Азії посіви люцерни на землях артезіанського зрошення штучно заселили дощовими хробаками, яких, зрозуміло, раніше не було на незрошуваних площах пустелі. Черви прижилися і стали переробляти гниючі залишки рослин на зрошуваних ділянках.