Земля как ресурс играла огромную роль в жизни человека еще с момента его появления на планете

Она обеспечивала пищей, материалом для постройки жилищ и конструирования одежды. С развитием цивилизации ее взаимоотношение с природой постепенно начали носить преобразующий характер, и традиционное собирательство и охота отошли на второй план. После того, как наши далекие предки научились выплавлять металл, появились примитивные орудия труда, заложившие основу современному аграрному производству. Возделывание земли уже десятки столетий и кормит, и поит народонаселение мира, численность которого вскоре превысит 8 млрд. человек. Постоянное совершенствование техники и технологий, позволили создавать искусственные высокопродуктивные системы для получения выгоды. Так зародились первые агроэкосистемы, т. е. искусственно созданные человеком комплексы, главная цель создания которых — получение высококачественной продукции растениеводства и животноводства.

На сегодня они занимают около 30% площади нашей планеты. Среди них приблизительно 20% занято пашней, а 10% приходится на пастбища. Стало сложно отыскать территорию, которая была бы не занята виноградниками, садами, огородами, фермами. Практически вся хоть немного пригодная для этого территория вовлечена во всепланетный конвейер по жизнеобеспечению никого иного, как нас самих. Такая популярность сельского хозяйства вызывает немалый научный интерес ко всем вопросам, связанными с ним. Большое внимание уделяется и основным его составляющим — агроэкосистемам, речь о которых пойдет в этой статье.

Экосистема как уникальное образование

Для того чтобы полностью раскрыть смысл понятия агроэкосистема, разберемся, что означает первоначальный термин «экосистема». Как гласит классическая экология, экосистема — это совокупность природных компонентов, объединенных в единое целое благодаря процессам круговорота веществ, энергии и информации. Их компонентами выступают живые существа (растения, животные, грибы, микроорганизмы) вместе с окружающей их неживой природой (водой, почвой, климатическими факторами), создающей среду их обитания. Все природные экосистемы характеризуются следующими показателями:

определенным видовым составом — т. е. имеют в своем арсенале ограниченный набор биологических видов тех или иных живых организмов;
масштабом занимаемой территории или акватории;
единой функциональной структурой; любая экосистема обязательно содержит в себе функциональный блок продуцентов (или простыми словами зеленых растений), консументов (растительноядных и плотоядных животных) и редуцентов (микроорганизмов и грибов). Каждая из этих ячеек призвана выполнять свою определенную роль.
Продуценты (от лат. producents — создающий) в процессе фотосинтеза через ряд последовательных химических превращений преобразуют лучистую энергию солнца в энергию химических соединений (например, глюкозу). Они выступают основополагающим блоком, поскольку все последующие напрямую или косвенно зависят от их деятельности. Следующим функциональным блоком выступают консументы (от лат. consumе — употреблять) — организмы, которые питаются исключительно готовыми органическими веществами. В зависимости от пищевых предпочтений среди них различают травоядных, плотоядных или хищников, и суперхищников — иными словами хищников «в квадрате», к которым относят и человека разумного. Функция редуцентов (от лат. reditio — возвращать) сводится к разложению мертвой органики на исходные биогенные вещества.

наличием пищевых связей между организмами разных функциональных блоков обеспечивается единый круговорот веществ, связанной в них энергии и информации, обуславливая такое свойство экосистемы, как стойкость. Такие гомеостатические свойства природных экосистем дают возможность и неограниченному пространственно-временному существованию этих систем;
устойчивостью, обусловленной разнообразием сложившихся в данной системе пищевых взаимоотношений;
продукционными возможностями, т. е. разной способностью (определяемой чаще всего в ккал или кДж энергии за определенный интервал времени) производить органическую продукцию.
Огромное количество созданных человеком искусственных систем во многих чертах соответствуют общему представлению об их природных аналогах. Различия обусловлены главным образом целевой направленностью каждой из них. Рассмотрим, каковы же они для агроэкосистемы.

Особенности видовой структуры агроэкосистемы

По сути, любая антропогенная, т. е. созданная человеком, и для него самого, экосистема, имеет тот самый ранг, что и другие природного происхождения комплексы. Существенные отличия состоят в видовом богатстве и разнообразии (понятия не равнозначны), особенностях функционирования ключевых ее блоков. Если все существующие ныне природные экосистемы являются результатом длительных многомиллионных эволюционных преобразований как самой среды, так и ее населения, с аграрными экосистемами дело обстоит по-другому. Их возникновение вторично по отношению к природе, поскольку все искусственно созданные поля, пастбища, сенокосы и прочее образуются на месте степей или лугов, занимая их же нишу в биосфере. Если природные экосистемы имеют высокое видовое богатство (общее число видов экосистемы) и разнообразие (интегральный показатель, учитывающий не только видовой набор, но и распределение плотности и биомассы особей между ними), обусловленные рядом природно-географических факторов, то для антропогенных систем к нему добавляется еще и деятельность человека. В сельскохозяйственных экосистемах об этом и говорить не приходится. Их видовое богатство и разнообразие сведены к минимуму — доминирует чаще один, реже несколько видов культурных растений. Нельзя сказать, что на растения, выращиваемые на сельхозугодиях и домашних огородах, абсолютно не воздействует природный фактор. Влияние на рост, созревание и урожайность любых сельскохозяйственных растений оказывает, как температура, влажность, исторически сложившееся качество почвы с множеством других показателей природной среды, так и человек, который организовывая даже самое небольшое фермерское хозяйство, тщательно подбирает сорта растений или породы животных.

Это не означает, что другие виды флоры и фауны в агроэкосистемах не встречаются. Даже на самом ухоженном приусадебном участке дикие сородичи окультуренных растений, например, тот же пырей ползучий, достаточно частые гости. К нежелательным посетителям практически всех агроэкосистем можно отнести также и вредителей сельхозкультур, включающих в себя как невидимых человеческому оку болезнетворных бактерий и грибов, так и насекомых, птиц и нередко диких млекопитающих, готовых полакомиться урожаем еще до самого фермера.

Что же в таких случаях предпринимается? Борьба. Причем как механическими способами (например, ручной сбор колорадского жука или выпалывание сорняков), так и методами современной химизации растений. Человечеством на сегодня созданы тысячи препаратов разной химической природы, способных селективно влиять на тот или другой вид биоты. Гербициды, фунгициды, инсектициды и множество других веществ на сегодня решили проблему регулирования видового состава агроэкосистем, но вызвали ряд других более масштабных проблем, о которых речь пойдет немного позже.

Функциональная структура агроэкосистем

Разделение всех населяющих определенный комплекс организмов на блоки продуцентов, консументов и редуцентов в агроэкосистеме сохраняется. Благодаря ограниченности видового состава, отдельные блоки могут попросту отсутствовать или же быть представленными одним единственным видом. Так на поле, где специализируются на выращивании монокультур, например, лишь только подсолнечника или пшеницы, блок продуцентов будет одновидовым.
Возможные потребители зеленой массы из группы консументов контролируются со стороны человека, который ограничивает развитие вредителей, оставляя в экосистеме виды, приносящие ей пользу. Таковыми являются насекомые-опылители, без которых успех в растениеводстве невозможен. Редуценты, населяя почву, автоматически входят в состав сельскохозяйственных экосистем. К сожалению, в данном случае их роль чрезвычайно ограничена. Большинству отходов, получаемых в процессе выращивания сельхозкультур человек нашел свое применение.
Главная роль бактерий и грибов состоит в поддержании важного и необходимого для абсолютного большинства агроэкосистем компонента — почвы, рассматриваемая в современном сельскохозяйственном производстве одновременно и как средство, и предмет труда. Не только создание данного уникального органоминерального образования с рядом свойств, самым важным из которых по праву можно назвать плодородие, но и поддержание их на определенном качественном уровне обеспечивается почвенной микрофлорой. Именно их кропотливый невидимый нам труд позволил превратить грубую материнскую породу в бескостное тело биосферы — почву.

Редуценты своей работой не только замыкают пищевые цепи в любой экосистеме и сохраняют природную уникальность почв, но и способны облегчать жизнь самим растениям. Широко известный факт, что клубеньковые бактерии, поселяясь на корневых системах бобовых культур, способны к фиксации атмосферного азота в почве, обогащая минеральную среду самих растений. Бобовые занимают важное место в севообороте культур, поскольку их взаимовыгодное сожительство с азотобактериями приносит пользу еще и культурам, которые будут посажены после них.

Продукционные свойства

Функциональная упрощенность агроэкосистем, в свою очередь, уменьшает количество пищевых связей в ней, делает их разомкнутыми и укороченными в сравнении с природными. В связи с этим круговорот веществ осуществляется в них не в полном объеме, как в природе. Почему так происходит? Ответ кроется в продукционных свойствах любой системы.
Фермер, выращивая картофель и пытаясь получить высокую урожайность, даже не задумывается, что все его действия направлены на производство чистой первичной продукции. Первичной — потому что образована она на первом и основном трофическом уровне — продуцентов или растений, которые передают преобразованную лучистую энергию солнца всем остальным участниками той или иной экосистемы. Увы, не вся органика и сосредоточенная в ней энергия «осядет» в тканях растения. Некоторая часть из нее будет тратиться им самим на поддержание жизнедеятельности, например, на дыхание. Та же, которая останется после расхода, пойдет на прирост биомассы организма.
Если пищевые цепи не будут регулироваться человеком, это приведет к прямой потере урожая. Возможные растительноядные соседи могут нанести немалый урон растениеводческим комплексам, значительно снизив продуктивность посевов.

Устойчивость и саморегуляция агроэкосистем

Упрощенная композиция агроэкосистем, направленная на получение максимальной продукции одного вида, сводит устойчивость аграрных комплексов практически к нулю. Этого нельзя сказать о природных экосистемах — множественный набор и разнообразие, как самих компонентов, так и связей между ними, порождают гомеостатические ее свойства. Это означает, что при возможных неблагоприятных воздействиях ее дальнейшее функционирование не прекратится. Для поддержания устойчивого, стабильного состояния сельскохозяйственных комплексов их собственных энергетических свойств недостаточно. Поэтому нужно постоянно вносить дополнительную энергию, что и делает человек, сам не задумываясь об этом. Главные пути поступления «порций» энергии следующие:

  • обработка почвы;
  • внесение минеральных удобрений;
  • ирригация земледельческого участка;
  • применение химических средств защиты растений.


Вышеупомянутые мероприятия способны существенно повысить устойчивость и продуктивность агроэкосистемы, но, к большому сожалению, проблему их саморегуляции решить они не в силах. Лишь только человеческий труд способен обеспечить ее полноценное существование.
Во многих аспектах роль человека в этом процессе полностью заменилась работой техники, значительно облегчив его участь. К тому же, достижения селекции и генной инженерии дают возможность получить новые высокопродуктивные сорта растений и породы животных. Химические открытия тоже не стоят на месте, в результате чего изобретаются еще более сильные средства защиты растений.

Несмотря на все это, агроэкосистемы сегодня считаются наиболее уязвимыми и экологически небезопасными экосистемами на теле матушки Земли. Уязвимость состоит в неспособности самостоятельно функционировать и постоянном доминирующем участии человека. Небезопасность же объясняется как фактом самого их создания, так и чрезмерной механизацией и химизацией этого производства на современном этапе.

Агроэкосистемы по своему происхождению чужеродны для биосферы, не свойственны ей. Но, для того чтобы прокормить себя, еще наши предки вынуждены были вырубать и выжигать леса, распахивать степи. Стремительное истребление природной среды в связи с этим сегодня, в начале XXI века достигло ужасающих размеров. Так, распаханность земли в отдельных уголках планеты сегодня достигает до 90% территории. Вместе с уникальными природными ландшафтами уничтожается и наше живое наследие — богатый мир флоры и фауны, сокращающийся с каждым годом.

Кроме этого, немалую обеспокоенность вызывают использование тяжелой сельскохозяйственной техники и средств борьбы с сорняками и вредителями. Результатом таких действий есть полная или частичная деградация земель, возникновение эрозионных процессов, снижение плодородия почвы и других ее ценных агрономических свойств. При положительных результатах борьбы пестицидов с нежелательными агентами агроэкосистем всегда существуют риски, что под их действие могут попасть и другие, полезные ей виды. Учеными доказан тот факт, что большинство метаболитов известных на сегодня пестицидов способны не только попадать в выращиваемые продукты, но и передаваться в более высокие участки трофической сети, ставя под угрозу существование не только птиц и млекопитающих, но и самого человека. Кроме аллергических реакций и пищевых отравлений, многие из них способны вызывать серьезные функциональные нарушения, вплоть до дисфункций репродуктивной сферы, что ставит под угрозу дальнейшее существование всего живого.
Несмотря на то, что человечество еще не до конца освоило механизмы устойчивого управления агроэкосистемами, значительные успехи в этом направлении уже достигнуты. Среди них — переход многих хозяйств на принципы органического земледелия и экологически безопасные методы защиты посевов, разработка современных методов утилизации отходов сельского хозяйства. Все это создает широкие перспективы и возможности развивать данную отрасль с максимальной прибылью для себя и минимальным риском для природы.