Тема 1.7 Агроэкосистемы, их загрязнители.
Цель изучения темы: виды естественных экосистем; агроэкосистемы; земельные ресурсы; загрязнения агроэкосистем и продуктов питания; «зеленая революция»
План изучения темы
Виды автотрофных естественных экосистем.
Агроэкосистемы и трофические группы.
Земельные ресурсы и продукты питания.
Виды сельскохозяйственных загрязнений.
Понятие о «зеленой революции».
6 Сделайте свой вывод по данной теме.
Автотрофные экосистемы могут быть естественными и искусственными. Назовем несколько видов автотрофных естественных экосистем:
I. Лесные; различают следующие виды лесов: — хвойные (еловые, сосновые, пихтовые);
— широколиственные и смешанные: основные породы — дуб, липа, вяз;
— мелколиственные — береза, ольха, осина;
— пойменные леса в речных долинах — ива, тополь, ольха.
II. Степные луговые экосистемы составляют основу пастбищ и сенокосов (в основном это злаковые травы).
III. Экосистемы тундр — их продуктивность низкая, растительный покров сформирован осоками, низкими кустарниками, карликовыми ивами и березами. Но эти экосистемы дают значительное количество вторичной биологической продукции. Главное богатство тундр — северные олени и песцы, питающиеся мелкими грызунами — леммингами. В последнее время в тундрах добывают много нефти, загрязняя тем самым экосистемы. В озерах тундры и лесотундры раньше добывали 18,5 тыс. тонн рыбы в год, загрязнение же сделало их практически безрыбными. Подсчитано, что стоимость добытой нефти ниже, чем стоимость загубленных экосистем.
IV. Болотные экосистемы —это запасы детрита — торфа. На самых бедных субстратах может жить мох-сфагнум, образуя сфагновые болота. Нить мха-сфагнума содержит большое количество мертвых клеток, способных впитывать много влаги. Вес влажного мха в 20 раз больше веса сухого. Эти свойства сфагнума используют в медицине — его прикладывают для очищения ран. Болота — прекрасные санитары сельскохозяйственных экосистем. Стекающая в них вода содержит удобрения, остатки пестицидов, разлитые нефтепродукты, навозные стоки, а вытекающий из болота ручей полностью очищен от вредных примесей. Кроме того, на болотах живут редкие промысловые животные, например ондатра, заяц-беляк, лось; гнездятся и кормятся утки. Главная же польза болот — сохранение воды и улучшение ее качества.
Агроэкосистемы, антропогенные, или искусственные, — это сельскохозяйственные угодья; человек, распахивая часть земель, высевает сельскохозяйственные культуры, создает сенокосы и пастбища, разводит сельскохозяйственных животных.
Агроэкосистемы автотрофны, их основной источник энергии — солнце. Дополнительной энергией является та, которая затрачена на производство тракторов, удобрений, пестицидов и т. д. Агроэкосистемой является любой совхоз, колхоз или ферма.
Как и естественная экосистема, агроэкосистема состоит из трех основных трофических групп: продуцентов, консументов, редуцентов. Продуценты — культурные растения, травы сенокосов и пастбищ, деревья садов, лесопосадок, а также спутники культурных растений — сорняки. Консументы — человек и сельскохозяйственные животные. К группе консументов относятся вредители полевых культур (от насекомых до сусликов хомяков);паразиты, полезные насекомые — хищники и опылители; птицы, а также организмы-симбиотрофы (микоризные грибы, азотфиксаторы). Редуценты — в основном бактерии, поддерживающие плодородие почв, превращающие пожнивные остатки в гумус и перерабатывающие вносимый навоз. Но есть в почве и бактерии-денитрификаторы, которые способствуют выведению азота из почвы.Человек контролирует не все живое население агроэкосистемы; часть видов проникает и живет в них помимо его воли (вредители, сорняки).
Человек в агроэкосистеме — консумент-фитофаг (питается растениями) и зоофаг (использует молоко и мясо). Он формирует структуру и состав агроэкосистем, исходя из своих интересов. Все компоненты таких систем тесно связаны, хотя в них и не возникает полного экологического равновесия, как в природных. Это равновесие должен поддерживать сам человек, иначе произойдет разрушение ресурсов экосистемы. Агроценозы очень неустойчивы и без участия человека существуют от 1 года (зерновые, овощные) до 20—25 лет (плодово-ягодные).
Человек, применяя специальные методы контроля плотности популяции сорняков, защищает культурные растения, т. е. использует гербициды. Для уничтожения вредных насекомых применяют яды-инсектициды. Но существуют также и биологические меры борьбы: паутинный клещик поедает тлю, мушка-трихограмма откладывает яйца в личинки гусениц-вредителей (одна мушка может отложить 25—150 яиц).
Агроэкологи стремятся сформировать в агроэкосистеме подобие равновесия — систему полезных симбиотических связей, главные звенья которой — хищные насекомые и насекомоядные птицы. Для того чтобы они могли где-то укрываться и размножаться, посреди полей полезно оставлять островки леса, овраги, лесные полосы.
Земельные ресурсы и продукты питания. Основной вопрос плодородия — это обеспечение непрерывного круговорота веществ в почве. Для этого люди вводили разнообразные системы севооборота; самая древняя — подсечно-огневая. Участок выжигали, полученную золу равномерно распределяли по полю, и поле засевали. Через 3—4 года, после того как земля обеднеет, поле забрасывали и выжигали под посев новый участок. Спустя 8—10 лет люди возвращались к заброшенному участку, и цикл повторялся. При кажущемся варварстве эта система не нарушала природного равновесия, при условии разумного чередования выжигаемых участков. Позже стали применять севообороты, т. е. чередование культур: озимые — яровые — пар. С этого момента сорняк превращается в главного врага земледельца. Ведь сорняк — это растение-пионер, и благодаря ему происходит восстановление растительных сообществ в изменяющихся условиях среды. Борьба с сорняками отчасти и создала кризисную ситуацию — избыток ядохимикатов на полях.
Современные экологические проблемы сельского хозяйства — переуплотнение почв, эрозия, загрязнение почв и биопродукции, потеря плодородия почв и т. д. — это результат интенсификации сельского хозяйства XXвека, когда вся система работала как бы в «допинговом режиме».
Мы не бережем свои почвы — главный ресурс и богатство биосферы. А нам с почвами повезло: мы обладаем величайшим даром в виде чернозема — «царя» почв. Эталон черноземных почв — это курский чернозем, он хранится в Париже. Даже немцы во время оккупации, понимая, в чем главное богатство страны, вывозили эшелонами из России наши почвы — черноземы. Сейчас же мы теряем тысячи и тысячи гектаров ранее плодородных земель, превращенных в списанные почвы.
Причина — в неразумной хозяйственной деятельности. Это применение тяжелой техники — почва теряет структуру; глубокая пахота — расширение ресурсной базы за счет целинных земель, которые сейчас потеряли плодородие; загрязнение и «кислотные дожди», применение химических удобрений.
Использование химических удобрений — это антиприродный шаг. Неумеренное и неправильное их внесение приводит к загрязнению биосферы, ее почв и вод, губительно отражается на здоровье человека. Так появилась проблема нитратов, фосфатов, заболачивания озер. Есть предположение, что и акселерация у детей вызвана применением азотных удобрений. Загрязненная азотом биопродукция (картофель, капуста и т.д.) не подлежит длительному хранению, так как на ней активно поселяется микрофлора, и продукция начинает гнить.
Рассмотрим виды сельскохозяйственных загрязнений.
1. Загрязнение воды стоками животноводческих ферм. Навоз должен содержаться в специальных хранилищах и быть подготовлен к внесению в почву в виде компоста.
2. Загрязнение почвы пестицидами и их остатками. Большая часть пестицидов и продуктов их неполного разложения токсична для человека.
3. Загрязнение почвы тяжелыми металлами. Вместе с фосфорными удобрениями в почву попадают примеси в виде тяжелых металлов — кадмия, кобальта, цинка и др.
4. Загрязнение почвы и продуктов питания нитратами. Нитраты, попадая в организм человека с продуктами, нарушают работу кровеносной системы, что особенно опасно для детей грудного возраста, а превращаясь в сложные комплексные соединения, называемые нитрозными, в большинстве своем канцерогенны, могут вызывать онкологические заболевания.
Итак, почвы наши подвергаются все большей деградации, плодородие их падает. Один из путей повышения продуктивности агроценозов — мелиорация почв. Она оказывает долговременное воздействие на почву, создает благоприятные условия для роста растений, улучшает водный режим и т. д. Мелиорация включает в себя очистку земель от камней и мусора, вспашку, известкование кислых почв, внесение удобрений, борьбу с эрозией, осушение переувлажненных почв, постройку оросительных систем, природоохранные мероприятия. Выход — в создании новых, высокоурожайных сортов сельскохозяйственных культур и высокопродуктивных пород животных. Используя новые сорта, можно получать большие урожаи, даже не увеличивая площади обрабатываемой земли. Такое явление было названо «зеленой революцией». Таких революций было две. Первая произошла в 60—70-е годы прошлого столетия, когда мексиканский селекционер Норман Берлог вывел сорт пшеницы «Мексикале», который давал урожай в три раза выше, чем старые сорта. Вслед за ним начали выводить высокоурожайные сорта кукурузы, сои, риса и других сельскохозяйственных культур. Вместе с тем вводились новые системы обработки почвы, которые требовали внесения высоких доз минеральных удобрений, полива, употребления пестицидов и монокультуры (выращивание на одном месте много лет подряд одной культуры). Это отрицательно сказалось на состоянии земельных угодий.
Появились и высокопродуктивные животные (например, бройлеры), которые очень быстро росли, а потому для быстрого наращивания биомассы требовали введения в рацион не только много кормов, но и витаминов, антибиотиков, а также стимуляторов роста. Первая «зеленая революция» была особенно успешной в странах тропического пояса, где растения выращивают круглый год, и поэтому доход от новых сортов огромный.
Наряду с увеличением урожаев резко ухудшилось, состояние почв, возникла проблема загрязнения биопродукции нитратами, пестицидами, а животных — антибиотиками и химическими стимуляторами, которые накапливались в мясе. Поэтому с середины 80-х годов XX века ученые заговорили о второй «зеленой революции»: новые сорта будут выводиться на основе местных популяций («народные сорта»), которые устойчивы к болезням и засухе, не требуют большого количества удобрений. Для этого будут использоваться не десять, а многие десятки видов растений. Уменьшатся площади пахотных земель.
В выведении новых сортов помогут такие области науки, как биотехнология (выращивание безвирусного картофеля, клубники) и генная инженерия, а также разведение редких видов (орхидей, гвинейских масличных пальм), что делается на уровне отдельных клеток. Создаются банки семян, для того чтобы иметь огромное количество исходного материала для селекционеров и для сохранения биоразнообразия. «Зеленая революция» обещает большие выгоды от растений, полученных методами генной инженерии, которые способны выдерживать засуху, засоление почв, устойчивы к насекомым-вредителям и болезням.