Екологічні чинники агроекосистеми

Сучасну класифікацію екологічних чинників запропонував М.Ф.Реймерс. В її основу покладено принципи обліку особливостей екологічних чинників за: часом виникнення, походженням, характером дії на живі системи, іншими ознаками.

1. За часом виникнення екологічні чинники поділяють на три групи: еволюційні, історичні і діючі.

1. Еволюційний чинник – це чинник середовища, що впливає на організми, популяції, біоценози, екологічні системи, в тім числі й на біосферу. Він існує зчасу виникнення озонового шару та рослинних і тваринних організмів.

2. Історичний чинник, як і еволюційний, є постійно діючим екологічним чинником. Па відміну від еволюційного, він с результатом історичного розвитку людства, його господарської діяльності. Наприклад, поля, сади, культурні пасовища, тваринницькі форми і комплекси, інші антропогенні компоненти аграрних ландшафтів — історичні, екологічні чинники, пов'язані із сільськогосподарською діяльністю людини.

3. Діючий чинник – це сучасний екологічний чинник. Таким є меліорація земель, що забезпечує розвиток високопродуктивного рослинництва, тваринництва та інших галузей.

2. За характером дії на живі системиекологічні чинники поділяють наступним чином:

1. Періодичні чинники є циклічно змінними. Це, наприклад, періодичні зміни умов середовища зі зміною пір року. До періодичних змін організм адаптується. Суворий облік циклічних змін екологічних чинників у сільському господарстві вкрай потрібний. Відповідно до пори року сіють сільськогосподарські культури, збирають урожай, організовують пасовищне і стійлове утримання тварин тощо.

2. Неперіодичні чинники середовища виникають раптово, наприклад дощ, град, буря. Однією із гострих проблем сільського господарства є розробка надійних методів запобігання і захисту від несприятливих неперіодичних чинників (заморозків у період цвітіння рослин, посухи чи затоплення посівів тощо), що унеможливлює отримання високих врожаїв сільськогосподарських культур, підвищення продуктивності тваринництва.

3. За черговістю виникнення екологічні чинники поділяють на первинні і вторинні. Первинні є вихідними, вторинні – їхніми наслідками. Так, формування степових, лісостепових, поліських біоценозів зумовлене особливостями кліматичних умов того чи іншого регіону України (вторинні чинники). Клімат, у свою чергу, залежить від кількості сонячної радіації, форми Землі, швидкості її обертання навколо власної осі і навколо Сонця (первинні чинники).

4. За походженням розрізняють чинники космічні, абіотичні, біотичні, фітогенні, мікробогенні, зоогенні, антропогенні.

Космічні чинники мають космічне походження. До них належать потік космічного пилу, космічні поля, промені Сонця та ін. Дуже важливим для функціонування агроекосистем є такий чинник, як сонячна радіація, яка слугує джерелом енергії фотосинтезу.

Абіотичні чинники – це чинники неживої природи. В наземних екосистемах такими є: кліматичні — світло, тепло, повітря, волога: едафічні (грунтові) – гранулометричний і хімічний склад грунтів, їх фізичні властивості; орографічні – умови рельєфу.

Біотичний чинник – сукупність впливів життєдіяльності одних організмів на життєдіяльність інших, а також на неживе середовище їх існування.

Фітогенні чинники – це вплив рослин (як прямий, так і побічний) на середовище. Прямим виливом є механічні контакти, симбіоз, паразитизм, оселення епіфітів, тощо. Наприклад, у агроценозах повитиця польова паразитує на конюшині, люцерні, виці та інших рослинах.

Зоогенні чинники – це вплив тварин (поїдання, витоптування, запилення, поширення насіння тощо) на середовище. Їх можна використовувати для біологічного захисту рослин.

Мікробогенні чинники –це вплив мікроорганізмів і грибів (наприклад, паразитизм) на середовище. Мікроорганізми (бактерії і гриби) впливають на ризосферу й патогенні організми. Зміна мікробонаселення ризосфери відбивається на живленні рослин, на їхній стійкості до бактеріальних або інфекційних уражень.

Антропогенні чинники – це вплив діяльності людини на навколишнє середовище. Із їхньою дією пов'язане знищення продуктів еволюції – багатьох видів рослин і тварин, дуже складних систем їх сумісного існування – біоценозів.

5. За характером діїна живі системи екологічні чинники поділяють на інформаційні, речовино-енергетичні, фізичні, хімічні і комплексні.

Під інформаційними чинниками розуміють зовнішні сигнали, які діють на організми набагато сильніше, ніж потік речовини та енергії, що переноситься. Деяка життєво важлива для рослин і тварин інформація надходить без будь-яких затрат енергії (наприклад, інформація про періодичні зміни тривалості дня і ночі).

На відміну від інформаційних, речовинно-енергетичні чинники характеризуються більш чи менш вираженою відповідністю масштабів перенесення речовини й енергії та ступеню вираженості відповідної реакції об'єкта впливу (організму, популяції, біоценозу).

Серед фізичних чинників найбільше значення мають геофізичні і термічні, серед хімічних – засоленість і кислотність, серед комплексних – кліматичний, географічний, системотворний.

Відомо, що на життя рослин і тварин постійно виливає навколишнє середовище. Воно діє на стан популяцій, біоценозів та інших систем і складається з великої кількості різноманітних компонентів (елементів). Завданням екології (в тім числі агроекології) є вивчення впливу чинників середовища на організми рослин і тварин, на популяції і біоценози.

Екологічні чинники – це елементи (компоненти), процеси (явища) зовнішнього середовища, які впливають на біологічну систему (організм, популяцію, біоценоз). Вони діють на організм не ізольовано, а сумісно, у поєднанні один з одним.

Екологічні чинники численні і різноманітні. Вони різняться за характером впливу на біологічні системи (організми, популяції, біоценоз), іншими ознаками. Потенціальна необмеженість численності і різноманітності потребує упорядкування цих чинників. До екологічних чинників, які не залежать від щільності популяції, належать сила гравітації, атмосферний тиск, інші компоненти середовища.

6. За об'єктом впливу екологічні чинники поділяють на індивідуальні, групові, отологічні, соціально-психологічні, соціально-економічні, видові (в тім числі життя людини та суспільства). Індивідуальні чинники діють на індивідум (особину), групові – на групу особин (популяцію, біоценоз), отологічні – відбивають характер певних рекреацій тварин, наприклад самок на самців, самок на дітей; соціальні – виражають вплив суспільства на людину і лише частково – на свійських тварин, комах, наприклад бджіл; соціально-психологічні – психологічні взаємовідносини в суспільстві, соціально-економічні чинники – економічні взаємовідносини у людському суспільстві.

7. За ступенем впливу на біосистеми екологічні чинники поділяють на екстремальні, непокійливі, мутагенні, тератогенні, летальні, лімітуючі. Під екстремальними розуміють чинники середовища, що створюють несприятливі умови для росту, розвитку і розмноження рослин і тварин.

Непокійливі чинники безпосереднього фізико-хімічного впливу на організм не здійснюють, проте вони не є індеферентними, оскільки під їх дією стан організму змінюється. Наприклад, сильний шум на фермі непокоїть тварин, знижується продуктивність лактуючих тварин, можуть захворіти кури (шумова істерика).

Мутаційні чинники середовища спричинюють мутації, тератогенні – тератогенез, летальні – загибель, лімітуючі – обмежують розмноження і поширення організмів. Обмежуючий вплив мають найрізноманітніші екологічні чинники – нестача або надлишок елементів живлення, води, тепла тощо.

Лімітуючий чинник може бути і в дефіциті (нижче від критичного рівня), і в надлишку (вище від межі витривалості організму).

Діапазон між мінімумом і максимумом екологічного чинника відповідає межі витривалості (толерантності). Види із низькою екологічною валентністю здатні витримувати обмежені варіації екологічних чинників. Це так звані стенобіонти. Види із високою екологічною валентністю займають різні екотипи або місця з дуже мінливими умовами. Це так звані еврибіонти, тобто організми, здатні жити в різних умовах навколишнього середовища або при значних їх змінах, їм властиві широкі ареали.

2.3. Особливості взаємовідносин організмів у агробіоценозах

Агробіоценоз, агроценоз (від греч. agros - поле і біоценоз ) – сукупність організмів, що мешкають на землях сільськогосподарського використання, обмежених посівом або посадкою культурних рослин.

У агробіоценозі, як і в будь-якому біоценозі, комплекси організмів, що входять в його склад, характеризуються різними взаєминами, зокрема трофічними (харчовими) зв'язками.

У природних біоценозах складний рослинний покрив, що включає безліч видів рослин, складається історично, а в агробіоценозах (на полях, плантаціях, в садах) рослинний покрив створюється людиною і представлений зазвичай одним видом або навіть сортом культивованої рослини і супутніми смітними видами. Комплекси організмів, окрім культивованої рослини, в агробіоценозі формуються, як і в природних біоценозах, в результаті природного відбору.

Людина, створюючи сприятливі умови зростання у агробіоценозі, пригнічує невигідні їй види. У аграрних (польових) біоценозах усі технологічні процеси скеровані на підтримання функціонування певного агрофітоценозу.

Агрофітоценоз – рослинне угруповання, створене людиною в результаті посіву чи посадки культурних рослин.

Рослини, які зростають на полях і є сталими елементами агрофітоценозу, називають компонентами. Основу агрофітоценозу становлять культурні рослини, так звані едифікатори –культурні рослини полів, городів і садів, які є домінантними у агрофітоценозі.

Едифікаторна роль культурних рослин різних видів неоднакова. За ступенем зменшення едифікаторного впливу, за Н.Є. Воробйовим, три групи едифікаторів:

●сильноедифікаторні – культури суцільного посіву, які формують густий травостій (проективне покриття близько 100 %), високорослий (до 3 м) або середньорослий, зазвичай швидко розвивається після посіву, рано відростає навесні – жито, ріпак, соняшник на силос;

●середньоедифікаторні – рослини суцільного посіву та рядкового весняного посіву, досить високорослі (до 1,5 м, проективне покриття 75 - 80 %), зазвичай швидко ростуть після появи сходів – ярі зернові, в тім числі рис, гречка, просо, соя;

●слабкоедифікаторні – рослини рядкового посіву з широкими або неширокими міжряддями, культури суцільного посіву, низькорослі, що повільно розвиваються після появи сходів (проективне покриття менш як 40 %) — баштанні, більшість овочевих (морква, капуста, цибуля та ін.), горох, цукровий буряк, льон.

Ріст продуктивності культурних рослин зумовлюється адаптивним потенціалом, що має еколого-генетичну основу. Адаптивний потенціал сільськогосподарських культур відображає їхню здатність до зростання у різних умовах зовнішнього середовища за рахунок антропогенної та генетичної мінливості. Така мінливість дозволяє пристосовуватися до біотичних взаємовідносин із іншими організмами. Найбільш поширеними формами взаємовідносин в агрофітоценозах є паразитизм і симбіоз.

Паразитизм – одна із форм взаємовідносин організмів різних видів у фітоценозі.

Симбіоз – форма тривалого співжиття організмів різних видів, за якого обидва партнери (симбіонти) мають від цього певну вигоду. Форми симбіозу різняться безпосередніми трофічними зв'язками учасників симбіозу (бобові рослини і бульбочкові бактерії; рослини і мікоризні гриби).

Істотну екологічну роль у агрофітоценозах відіграють бур’яни.

Бур'яни – це супутники культурних рослин, які самостійно з'являються у посівах чи насадженнях сільськогосподарських культур, на орних землях, у садових, лісових, декоративних та інших насадженнях і угіддях. Крім того, до бур'янів належать отруйні та неїстівні рослини природних лук, пасовищ, а також види, що ростуть на неорних землях, звідки вони можуть поширюватися на сільськогосподарські угіддя.

У процесі еволюції бур’янів значно поширилися види, які найбільш пристосовані до умов поля і мають:

1) однакові із домінантною культурою вимоги до навколишнього середовища;

2) короткий період вегетації;

3) підвищену енергію насінневого і вегетативного розмноження;

4) велику насінневу продуктивність;

5) раннє дозрівання та осипання насіння задовго до збирання основної культури (тому насіння залишається в ґрунті);

6) насіння сходить за температури нижчої ніж 10 °С і може проростати без періоду спокою, але максимальну схожість має після перезимівлі;

7) розтягнутий до десяти років період проростання (щорічні сходи становлять менше 1 % запасу насіння в ґрунті);

8) здатність до скарифікації, що сприяє проростанню насіння після знищення бур'яну.

Фітоекологи розрізняють два пороги чисельності бур'янів: екологічний – такий, за якоговрожай сільськогосподарських культур вірогідно знижується через бур'яни, та економічний – такий, за якого ціна гербіцидів нижча, ніж ціна приросту врожаю.

У агрофітоценозах простежується значний взаємовплив через кореневі виділення і метаболіти ризосферних організмів – явище алелопатії. Через кореневі системи рослини виділяють у ґрунт різноманітні органічні речовини – ексудати, які сприяють конкуренції мікроорганізмів, формують особливе для кожної культури середовище. Це є одна із форм алелопатії.

Алелопатія – взаємний хімічний вплив сумісно існуючих організмів шляхом виділення ними в навколишнє середовище продуктів своєї життєдіяльності (фітонциди, ефірні олії тощо). Явище алелопатії враховують при вирощуванні сільськогосподарських культур (сівозміни, повторні посіви культур-санітарів, добір культур для змішаних посівів тощо).

Важливим компонентом агроекосистеми є зооценоз – угруповання тваринних організмів агроекосистеми, що пов’язані між собою трофічними зв’язками і мають спільне середовище проживання – грунт та рослинний покрив агроекосистеми.

У агроекосистемах поширені класифікаційні одиниці всіх існуючих на Землі типів тварин.

Одноклітинні організми агроекосистеми представлені такими 5-ти типами: Саркоджгутикові, Споровики, Кнідеспоридії, Мікроспоридії, Інфузорії. Мають істотний вплив на колообіг основних елементів живлення рослин через свої деструктивні функції стосовно органіки.

Багатоклітинні організми агроекосистем представлені наступними 10-ти типами: Губки, Кишковопорожнинні, Плоскі черви, Круглі черви, Скреблянки (Ключоголові), Кільчасті черви, Членистоногі, Молюски, Голкошкірі, Хордові.

Серед хордових слід виділити класи птахів та ссавців.

У фермовому типі агроекосистем особливе місце займає стадо свійських тварин, що чинить глобальний екологічний вплив на стан пасовищних фітоценозів.

Під стадомрозуміють групу свійських тварин зазвичай одного виду, породи, статі, близького віку, підібраних для окремого утримання, відгодівлі, нагулу і т.д. Синонімами терміну «стадо» у вівчарстві є «отара», в молочному і м'ясному скотарстві – «череда».

Стадо сільськогосподарських тварин – компонент пасовищного агробіогеоценозу. Воно займає певну екологічну нішу. Важливою біогеоценологічною функцією тварин, які пасуться, є споживання ними фітомаси і переведення її в органічні речовини своїх тіл, в молоко, екскременти, прості неорганічні сполуки (вуглекислий газ, воду і мінеральні солі).

Стадо – комплексний екологічний чинник, тому його вплив на пасовищі виявляється у багатьох напрямах. Головні з них – спасування пасовищної рослинності, витоптування пасовища, вплив екскрементів тварин на середовище.

Під впливом тривалого випасання тварин одного виду відбуваються негативні зміни видового складу пасовищної рослинності. За економічно обґрунтованого випасання (загінного з урахуванням розміру стада, висоти травостою, віку трави, підживлення, підсіву, вологості ґрунту тощо) біологічна продуктивність пасовища не тільки не знижується, а й може підвищуватися. З'являється більше цінних кормових рослин, таких як грястиця збірна, вівсяниця лучна, лисохвіст лучний, кострець безостий, і водночас багато видів різнотрав'я із травостою випадає.

Поліпшення кормових якостей травостою сприятливо впливає на життєдіяльність тварин, збільшення їхньої продуктивності, відтворювальної здатності. На травостій і ґрунт пасовищних екосистем чинить тиск кожна тварина, що випасається. Ця дія може бути прямою та опосередкованою.

Пряма дія стада спостерігається тоді, коли під механічним впливом надземні органи рослин пошкоджуються або повністю руйнуються. У пошкоджених листках порушується фотосинтез, гальмується ріст і розвиток рослин, вони можуть випадати із фітоценозу. Опосередкована дія полягає в тому, що під тиском копит змінюються фізичні властивості ґрунту, що негативно впливає на ріст і розвиток рослин. Найсильнішу, інколи руйнівну дію, чинять копита великої рогатої худоби і коней (особливо підкованих).

Питання самоконтролю:

1. Що таке «агроекосистема» та які принципи її функціонування?

2. Які особливості взаємовідносин організмів у агрофітоценозах?

3. Які типи едифікаторів існують у агрофітоценозах та за якою ознакою вони розподіляються?

4. Охарактеризуйте особливості зооценозу агропромислової агроекосистеми та основні фактори його впливу на пасовищну агроекосистему.

5. Що таке «екологічний чинник» та за якими ознаками він класифікується?