1.3.3. Продуктивність та продукція екосистеми. Сукцесії.

Кожен біогеоценоз характеризується біомасою та продуктивністю. Біомасою називають кількість живої речовини на одиниці площі в момент спостереження. Це один із найважливіших статичних показників біогеоценозу. Загальна біомаса визначається сумою біомас усіх популяцій, які населяють даний біогеоценоз. Найчастіше за одиницю біомаси беруть 1 г сухої (рідше — сирої) органічної речовини на 1 м². Біомаса біогеоценозів різних типів коливається в широких межах (табл.1).

Табл.1 Середня біомаса продуцентів і первинна продукція в біогеоценозах різних типів

Тип біогеоценозу	Середня біомаса	Первинна продукція
	(г/м^2)	(г/м^2 • рік)
Вологий тропічний ліс	45 000	2 200
Савани	4 000	900
Пустелі	20	3
Напівпустелі	700	90
Степи	2 000	600
Широколисті ліси	30 000	1 200
Хвойні ліси	20 000	800
Тундри	600	140
Агроценози	1 000	650
Відкритий океан	3	125
Планета в цілому	3 600	333

Продуктивністю називають здатність живої речовини створювати, трансфор­мувати й нагромаджувати органічну речовину (біомасу). На відміну від біомаси — це динамічний показник біогеоценозу. Продуктивність — одна з найважли­віших характеристик: вона відображає ефективність роботи біогеоценозів, швид­кість потоку енергії й речовин в їхніх ланцюгах живлення. Виражають продук­тивність через показники продукції.

Первинною продукцією називають утворення орга­нічної речовини в процесі фотосинтезу за певний час на одиницю площі. Вимірюється вона в джоулях або в грамах сухої органічної речовини на 1 м² в рік. Від первинної про­дукції відрізняють біомасу, тобто кількість органічної ре­човини, яка є в даний момент на одиницю площі. її вира­жають в г/м², кг/м² або т/га. Вся біомаса Землі в останній час оцінюється різними авторами в межах від 1,4-10¹² до З-10¹² тонн сухої речовини.

Загальна продуктивність автотрофних організмів нашої планети складає, за сучасними даними, до 176-10⁹ тонн су­хої речовини в рік, з них біомаса суші — 122 млрд. тони чи­стої первинної продукції.

Різні біоценози відрізняються своєю продукцією, або продуктивністю. Продуктивність біоценозів насамперед за­лежить від вологи і температури навколишнього середови­ща, а також від родючості ґрунту .

Найбільшу продукцію органіч­ної речовини дають ліси, савани, степи та сільськогосподар­ські угіддя. На суші первинна продукція майже в 2 рази більша, ніж в океані. Важливо відмітити, що продуктив­ність екосистем знижується в напрямку від тропіків до по­люсів. Це пояснюється впливом температурних умов при­родного середовища.

При однакових кліматичних умовах продуктивність природних екосистем залежить від родючості ґрунту. Це особливо яскраво видно на прикладі сільського господарства. Відомо, що при внесенні в грунт добрива різко збільшується врожайність культурних рослин.

Сукцесії. У біогеоценозах постійно відбуваються зміни, які можуть бути циклічними, пов'язані з періодичністю зовнішніх умов та поступальні, пов'язані з поступовою їх зміною в певному напрямку. Такі зміни можуть призвести до заміни одного біогеоценозу іншим.

Поступові необоротні зміни складу та структури біогеоценозу, що спричинюються зовнішніми або внутрішніми факторами, називають сукцесіями. На­водимо приклади. При певних умовах, коли озеро наповню­ється мулом, воно поступово перетворюється з глибокого на мілке, потім в болото, після чого в зелений луг, на якому згодом виростають кущі і дерева. Якщо в горах відбувся зсув землі, то на оголеній поверхні спочатку поселяються лишайники, їх змінює покрив моху, поселяються трави і ут­ворюються луки, які згодом заростають кущами. Ще пізні­ше появляються дерева і виникає ліс, що є завершаючим, кінцевим біоценозом.

Сукцесії бувають повільними(тисячоліття), середніми(століття), швидкими(десятиліття). Сукцесії можуть мати природне(підняття чи опускання суші) чи антропогенне(вирубування лісу, розорювання степу) походження. Сукцесії що супроводжуються збільшенням продуктивності й видового багатства біогеоценозу називаються - прогресуючими(заростання піщаних кіс), або навпаки регресуючими.

Для стабільності біоценозу необхідна рівновага процесів народження і смерті, споживання і витрачання речовин і енергії. Саме така константність системи, що базується на відповідності приходу і витрат і при наявності постійного самовідновлення, одержала назву динамічної рівноваги. Наведемо приклад: по руслі річки знаходиться ставок, вода в ньому постійно обновляється, але він зберігає свою форму, загальну площу, глибину і певні угрупування водних рослин і тварин.

Отже, динамічна рівновага властива всім рівням органі­зації живих систем — від клітини до біоценозів, екосистем і в цілому біосфери. Несприятливий зовнішній вплив може порушити цю рівновагу, внаслідок чого відбувається пере­будова або загибель всієї системи.

1.3.4. Агроекосистеми та їх ознаки.

Види штучних біоценозів. Штучні біоценози – це біоценози створені діяльністю людини. До них відносять: канави, ставки, водосховища, лісосмуги, посадки, парки, насипи вздовж доріг, дамби та агроценози.

У природі під впливом діяльності людини все більше проявляються зміни. При цьому природні біогеоцинози витісняються штучно створеними агробіоценозами, що є спрощеною, збідненою, а тому і нестійкою екологічною системою. Вони є відкритими незамкнутими системами, які не здатні до самовідновлення та саморегулювання. У штучних системах існує рівновага за умови постійного втручання людини. Залежно від роду діяльності людини штучні (антропогенні) екосистеми поділяються на промислові, сільськогосподарські (агроценози, тваринницькі ферми, птахофабрики), міські екосистеми (міста, села).

Агробіоценози (агроекосистеми)- (від грец. агрос – поле та койнос - загальний)- це поля, штучні пасовища, городи, сади, виноградники, плантації горіхи, ягідники, квітники, лісопаркові смуги. Основа агробіоценозу – це штучний фотосинтез , якість якого залежить від умов середовища, від ґрунту, вологи, мікроорганізмів.

Агробіоценози існують не ізольовано від загального при­родного середовища. Вони, як елементарні частки біосфе­ри, зазнають впливу різних компонентів (диких рослин, тварин) природних біогеоценозів і неорганічного середови­ща Землі. Цю особливість необхідно твердо пам'ятати то­му, що в сільськогосподарському виробництві не завжди враховуються складні взаємозв'язки і взаємозумовленість явищ природи. Нерозуміння того, що в природі все взає­мопов'язане і взаємозумовлене, часто призводить до пагубних наслідків. Наприклад, вирубування водоохоронних і полезахисних лісів завжди негативно відбивається на на­вколишньому природному середовищі. Невміле використан­ня хімічних засобів захисту рослин в агробіоценозах одна­ково шкідливо як для диких, так свійських тварин, куль­турних і диких рослин.

Агробіоценози являють собою спрощену, збіднену, а то­му і нестійку систему. Часто в них спостерігається масове розмноження шкідників сільськогосподарських культур, що пов'язане з монокультурністю агробіоценозів. Тому завжди треба дбати про видову різноманітність рослин штучних біоценозів.

Створення агробіоценозів, що відповідають зазначеним вимогам, справа складна, клопітка і потребує деякого часу. Проте вже тепер певне значення в цьому плані мають на­садження полезахисних смуг, дотримання правильних сіво­змін, розвиток біологічних методів боротьби тощо.

Основними компонентами агроекосистеми є:

- культурні рослини, які висіваються чи висаджуються зад­ля отримання врожаю або підвищення якості ґрунту;

• свійські тварини;

• бур'яни, які є поки що неминучим супутником культур­них рослин;

• мікроорганізми ґрунту і гною;

• різноманітні тварини (головним чином, безхребетні, але також багато гризунів і птахів), які пов'язані ланцюгами жив­лення з посівами і фермами;

• паразитичні бактерії, гриби і віруси, що викликають захво­рювання культурних рослин і свійських тварин.

Агроекосистемами у світі зайняті великі площі, ріллі, план­тації, сади і засіяні луки займають 19 млн. км³, пасовища та природні луки - 26,6 млн. км². У цілому сучасна агросфера охоп­лює більше 10% поверхні суходолу, зайнятої ріллею, та ще 20% , зайнятих сіножатями та пасовищами. Для отримання їжі та кормів також частково використовуються лісові угруповання. Усе це разом складає 32% площі суходолу.

Порівняння природних екосистем та агроекосистем показує, що хоча за багатьма параметрами вони відрізня­ються лише кількісно, у сукупності це веде до глибокої якісної своєрідності агроекосистем. Визначають статус агроекосистем не лише їхні внутрішні особливості, але й сільськогосподарські ресурси (кількість укладеної праці, матеріалів, енергії), тип вико­ристання продуктів агроекосистем (відбір тільки зерна або виве­зення з поля соломи) і характер зв'язку з суміжними агроекоси­стемами (транспортування гною з однієї агроекосистеми в іншу).

Агроекосистеми порівняно з природними екосистемами відрізняються значним спрощенням будови та функціонування (табл. 2). Авто­трофним блоком у них служить практично один вид (монокуль­тура), трофічні ланцюги вкорочені, трофічна мережа рудиментар­на. Тварини в агроекосистемах є перетворювачами первинної про­дукції. Займаючи разом з людиною одне й те саме місце в трофі­чному ланцюгу, вони тим самим немовби конкурують із нею за рослинну їжу. Перетворення рослинної їжі у тваринницьку про­дукцію - молоко та м'ясо - удорожчує харчові продукти. Але з погляду дієтики воно тією чи іншою мірою неминуче, оскільки велика кількість видів тваринної їжі легше перетравлюється і багата на ряд потрібних для людського організму речовин, зокре­ма на білки та незамінні амінокислоти. Хоча орієнтація на пере­важне харчування м'ясо-молочними продуктами, що характерне ряду країн світу, ще не має медичного обґрунтування.

Табл. 2 Відмінні ознаки біоценозів та агробіоценозів

Біоценоз Агробіоценоз

1. Первинні, природні елементарні одиниці біосфери, сформовані в ході еволюції.

2. Складні системи із значною кількістю видів тварин і рослин, в яких домінують популяції кількох видів. Для них характерна стійка динамічна рівновага, що досягається саморегулюванням.

3. Продуктивність визначається пристосовними особливостями організмів, що беруть участь в кругообігу речовин.

4. Первинна продукція використовується консументами і редуцентами організмами і бере участь в кругообігу речовин.

Відповідно до законів загальної екології прості екосистеми нестабільні. Умовою стабільності є біологічне різноманіття, та воно відсутнє в агроекосистемах. Тому стабільність, що так необ­хідна для господарської стійкості агроекосистем, досягається іншим шляхом - вкладенням додаткової антропогенної енер­гії. І чим простіша агроекосистема, тим більше вона вимагає такої енергії у вигляді ручної або механізованої праці, внесення добрив, пестицидів і т. ін.

Для стійкого існування агроекосистемам необхідне постійне доповнення такими видами матеріальних ресурсів, що спожива­ються рослинами й тваринами в процесі функціонування. Цей процес спричинює докорінні зміни потоку енергії та кругообігів речовин в агроекосистемах.

Зі споживацької точки зору агроекосистемам дуже важлива екологічна чистота середовища рослин і тварин, її забруднення знижує врожаї, продуктивність худоби та якість продукції.

Агроекосистеми створюються людиною, до самостійного ви­никнення та існування вони не здатні. Тому агроекосистеми поєднують у собі екологічні та соціальні компоненти.

У цілому агроекосистемам характерні такі особливості:

• постійне та значне вилучення з агро екосистем органічної речовини;

• велика залежність існування агро екосистем від діяльності людини , що їх підтримує.

• переважання в агроекосистемах рослин і тварин, які є продуктом селекційної діяльності, а не природного добору;

• низьке видове різноманіття автотрофного гетеротрофного блоків;

• розімкненість біохімічних циклів.

Значних успіхів вже досягнуто в керуванні продуктивністю агробіоценозів. Для забезпечення людства продуктами харчування потрібно створити високопродуктивні агробіоценози методами селекції, генетики, гібридизації. Для покращання якості й екологічної чистоти сільськогос­подарської продукції та збереження агроресурсів треба впрова­джувати агроекологічні підходи до ведення сільського господар­ства.

Одним із напрямків сталого розвитку агросфери має стати оптимізація структури сільськогосподарських екосистем.

Питання для самоперевірки та контролю знань:

1. Що таке популяція?

2. Назвіть причини зміни чисельності популяцій?

3. Дайте визначення екосистеми біоценозу, біогеоценозу та наведіть приклади?

4. Якими показниками характеризується популяція?

5. Яка структура біогеоценозу?

6. Які взаємозв’язки відбуваються в біогеоценозах?

7. Що таке сукцесія, та які типи сукцесії ви знаєте?

8. Що таке агроценози, та наведіть їх приклади?

9. Визначити відмітності між біоценозами і агробіоценозами?

10. Які способи підвищення продуктивності агробіоценозів?

11. Які ви знаєте екосистеми України?