Предложите способы увеличения продуктивности агроэкосистем уменьшения потери урожая

Биология. 10 класс

*§ 49—2. Поле зерновых как пример агроэкосистемы. Пути повышения продуктивности агроэкосистем

Поле зерновых как пример агроэкосистемы

Естественные биогеоценозы представляют собой системы, способные к саморегуляции. В них все вещества, потребляемые растениями, в конечном итоге возвращаются в почву.

В результате сельскохозяйственной деятельности человека формируются искусственные биогеоценозы — агроэкосистемы, которые по целому ряду признаков отличаются от природных экосистем (см. табл. *§49—1). Разнообразие живых организмов в них резко снижено для получения максимально высокой продукции (урожая), которую изымает человек. В результате значительная часть веществ выносится из системы с урожаем. Это нарушает естественный круговорот веществ и приводит к снижению плодородия почвы. В экологии такая закономерность называется «законом убывающего плодородия». Как противостоять этому закону?

Структуру и функционирование агроэкосистемы рассмотрим на примере пшеничного поля. Оно, как и природные экосистемы, характеризуется определенным видовым составом организмов и определенными связями и взаимоотношениями между организмами и средой обитания. Однако видовой состав растений и животных в нем обеднен, ведь малокомпонентность — один из признаков агроэкосистемы. Так, на пшеничном поле продуценты представлены пшеницей — доминирующей монокультурой и несколькими видами относительно малочисленных сорняков (чаще всего это пырей, василек, осот, овсюг).

На естественном лугу биологическое разнообразие продуцентов значительно выше, но биологическая продуктивность уступает засеянному пшеницей полю во много раз.

Консументы на пшеничном поле обычно представлены мелкими грызунами, которые кормятся за счет пшеницы, хищными животными, поедающими грызунов, растительноядными насекомыми-вредителями, хищными и паразитическими насекомыми, уничтожающими вредителей пшеницы.

Редуцентами являются беспозвоночные животные, грибы, протисты, бактерии, свободно живущие в почве или в контакте с корневой системой культурных и сорных растений.

Вышеуказанные функциональные группы организмов формируют трофическую структуру пшеничного поля, состоящую из пастбищных и детритных цепей. Однако, в отличие от естественной экосистемы, здесь пастбищные цепи короткие (2—3 звена), и обязательным звеном пищевой сети является человек, который обеспечивает высокую продуктивность пшеничного поля и влияет на биотические взаимоотношения между его компонентами.

Основными типами взаимоотношений в агроэкосистеме пшеничного поля являются: растительноядность, хищничество, паразитизм, внутривидовая и межвидовая конкуренция. Это отрицательные взаимоотношения, которые преобладают в молодых неустойчивых экосистемах, не способных к саморегуляции.

В целом следует еще раз отметить, что человек управляет агроэкосистемами, внося в них значительное количество дополнительной энергии (обработка почвы, полив, удобрения, пестициды) и влияя на их трофические уровни и среду обитания.

Источник

Пути повышения продуктивности агроэкосистем

Наивысшая продуктивность агроэкосистемы (как и экосистемы), т.е. максимальное накопление биомассы в виде различных вегетативных и репродуктивных органов возделываемых видов растений, определяется адаптированностью оптического аппарата к солнечной энергии. Один из признаков такой адаптированности — максимальное аккумулирование энергии, т.е. биомассы, растением за единицу времени. При условии нелимитированности других экологических факторов, обеспечивающих процесс фотосинтеза, за счет поглощенной энергии света образуется 95-97 % органических соединений, представленных растительной биомассой. При этом, разумеется, часть энергии расходуется на дыхание.

Для максимального использования поступающей энергии у экосистем эволюционно сформировался ряд адаптивных свойств (например, разнообразие видового состава). По аналогии должны создаваться и агроэкосистемы, поскольку последние имеют ту же первооснову производства биологической продукции.

Создание высокопродуктивных сочетаний сельскохозяйственных культур — один из реальных и действенных путей повышения продуктивности и эффективности затрат в агроэкосистемах.

Смешанные и совместные посевы можно использовать в агроэкосистемах при высоком уровне механизации работ. Сельскохозяйственные культуры высевают чередующимися полосами или рядами, а также подсевают в междурядья зерновых. В районах с умеренным климатом используют различные комбинации культур: горох и сою с овсом и кукурузой, сою и фасоль с кукурузой, сою с пшеницей, горох с подсолнечником, рапс с кукурузой. При оптимальном подборе злаковых и бобовых компонентов существенно повышаются продуктивность посевов, выход белка, причем не только за счет зерна бобовых, но и за счет повышения содержания белка в зерне злаковых, которые используют азот, фиксируемый бобовой культурой.

Энергетические особенности различных природных зон планеты позволяют выделить пять основных (глобальных) типов агроэкосистем.

Тропический тип характеризуется высокой обеспеченностью теплом, способствующим непрерывной вегетации. Земледелие базируется главным образом на основе функционирования агроэкосистем с преобладанием многолетних культур (ананасы, бананы, какао, кофе, многолетний хлопчатник и др.). Однолетние культуры дают несколько урожаев в год.

К особенностям данного типа агросистем относится потребность в непрерывном вложении антропогенной энергии в связи с постоянным в течение года проведением полевых работ. Агроэкосистемам такого типа присуща фактически равнозначность естественного и антропогенного процессов массо- и энергообмена.

В агроэкосистемах субтропического типа интенсивность антропогенных потоков веществ и энергии меньше; проявляются дискретность и дисперсность этих потоков. В основном характерно наличие двух вегетационных периодов — летнего и зимнего. Произрастают многолетние растения, которые имеют хорошо выраженный период покоя (виноград, грецкий орех, чай и др.). Однолетние растения летнего периода представлены кукурузой, рисом, соей, хлопчатником, зеленными культурами и т.д.

Агроэкосистемы умеренного типа характеризуются лишь одним (летним) вегетационным периодом и продолжительным («нерабочим») периодом зимнего покоя. Очень высокая потребность во вложении антропогенной энергии приходится на весну, лето и первую половину осени.

Земледелие в агроэкосистемах полярного типа носит очаговый характер. Агроэкосистемы существенно ограничены территориально и по видам возделываемых культур (листовые овощи, ячмень, некоторые корнеплоды, ранний картофель).

Агроэкосистемы арктического типа в открытом грунте отсутствуют. Возделывание культурных растений исключено из- за очень низких температур теплого периода: в летние месяцы бывают длительные похолодания с отрицательными температурами. Возможно использование закрытого грунта.

На территории Беларуси главенствующими являются агроэкосистемы умеренного типа. При организации агроэкосистем важно обеспечить более полноценное использование лучистой энергии. Резервы здесь невелики. Для большинства типов растительного покрова КПД поглощенной ФАР составляет в среднем 1-2 %. Пустынные кустарники имеют КПД — 0,03 %, альпийские травянистые растения — 0,15-0,75 %. Наиболее высокий КПД у лесных экосистем — 2-4 %.

В агроэкосистемах, занятых светолюбивыми и высокоурожайными культурами, КПД ФАР может достигать 5-7 %, а при орошении возрастает до 10%. В целом же КПД ФАР хорошего посева за вегетационный период не превышает 1-4 %.

Наращивание продуктивности агроэкосистем зависит от прогресса в селекции, направленной на выведение высокоурожайных и устойчивых сортов.

Вместе с тем при организации агроэкосистем есть и другой путь повышения продуктивности — создание многоярусной агроэкосистемы (подобной природной в виде лесного многоярусного ценоза), в которой по вертикальному профилю световая ниша занята соответствующей все более низкорослой и тенелюбивой культурой. Переход от одновидовых агроэкосистем к поликультурным — одна из перспективных задач оптимизации природопользования.

Энергия, разумеется, необходима не только для обеспечения процесса фотосинтеза. Любой процесс, совершающийся в неорганическом и органическом мире, нуждается в энергии и реализуется только при наличии ее в требуемом количестве и доступной форме.

Источник

Пути повышения продуктивности агроэкосистем

Наивысшая продуктивность агроэкосистемы (как и экосистемы), т.е. максимальное накопление биомассы в виде различных вегетативных и репродуктивных органов возделываемых видов растений, определяется адаптированностью оптического аппарата к солнечной энергии. Один из признаков такой адаптированности — максимальное аккумулирование энергии, т.е. биомассы, растением за единицу времени. При условии нелимитированности других экологических факторов, обеспечивающих процесс фотосинтеза, за счет поглощенной энергии света образуется 95-97 % органических соединений, представленных растительной биомассой. При этом, разумеется, часть энергии расходуется на дыхание.

Для максимального использования поступающей энергии у экосистем эволюционно сформировался ряд адаптивных свойств (например, разнообразие видового состава). По аналогии должны создаваться и агроэкосистемы, поскольку последние имеют ту же первооснову производства биологической продукции.

Создание высокопродуктивных сочетаний сельскохозяйственных культур — один из реальных и действенных путей повышения продуктивности и эффективности затрат в агроэкосистемах.

Смешанные и совместные посевы можно использовать в агроэкосистемах при высоком уровне механизации работ. Сельскохозяйственные культуры высевают чередующимися полосами или рядами, а также подсевают в междурядья зерновых. В районах с умеренным климатом используют различные комбинации культур: горох и сою с овсом и кукурузой, сою и фасоль с кукурузой, сою с пшеницей, горох с подсолнечником, рапс с кукурузой. При оптимальном подборе злаковых и бобовых компонентов существенно повышаются продуктивность посевов, выход белка, причем не только за счет зерна бобовых, но и за счет повышения содержания белка в зерне злаковых, которые используют азот, фиксируемый бобовой культурой.

Энергетические особенности различных природных зон планеты позволяют выделить пять основных (глобальных) типов агроэкосистем.

Тропический тип характеризуется высокой обеспеченностью теплом, способствующим непрерывной вегетации. Земледелие базируется главным образом на основе функционирования агроэкосистем с преобладанием многолетних культур (ананасы, бананы, какао, кофе, многолетний хлопчатник и др.). Однолетние культуры дают несколько урожаев в год.

К особенностям данного типа агросистем относится потребность в непрерывном вложении антропогенной энергии в связи с постоянным в течение года проведением полевых работ. Агроэкосистемам такого типа присуща фактически равнозначность естественного и антропогенного процессов массо- и энергообмена.

В агроэкосистемах субтропического типа интенсивность антропогенных потоков веществ и энергии меньше; проявляются дискретность и дисперсность этих потоков. В основном характерно наличие двух вегетационных периодов — летнего и зимнего. Произрастают многолетние растения, которые имеют хорошо выраженный период покоя (виноград, грецкий орех, чай и др.). Однолетние растения летнего периода представлены кукурузой, рисом, соей, хлопчатником, зеленными культурами и т.д.

Агроэкосистемы умеренного типа характеризуются лишь одним (летним) вегетационным периодом и продолжительным («нерабочим») периодом зимнего покоя. Очень высокая потребность во вложении антропогенной энергии приходится на весну, лето и первую половину осени.

Земледелие в агроэкосистемах полярного типа носит очаговый характер. Агроэкосистемы существенно ограничены территориально и по видам возделываемых культур (листовые овощи, ячмень, некоторые корнеплоды, ранний картофель).

Агроэкосистемы арктического типа в открытом грунте отсутствуют. Возделывание культурных растений исключено из- за очень низких температур теплого периода: в летние месяцы бывают длительные похолодания с отрицательными температурами. Возможно использование закрытого грунта.

На территории Беларуси главенствующими являются агроэкосистемы умеренного типа. При организации агроэкосистем важно обеспечить более полноценное использование лучистой энергии. Резервы здесь невелики. Для большинства типов растительного покрова КПД поглощенной ФАР составляет в среднем 1-2 %. Пустынные кустарники имеют КПД — 0,03 %, альпийские травянистые растения — 0,15-0,75 %. Наиболее высокий КПД у лесных экосистем — 2-4 %.

В агроэкосистемах, занятых светолюбивыми и высокоурожайными культурами, КПД ФАР может достигать 5-7 %, а при орошении возрастает до 10%. В целом же КПД ФАР хорошего посева за вегетационный период не превышает 1-4 %.

Наращивание продуктивности агроэкосистем зависит от прогресса в селекции, направленной на выведение высокоурожайных и устойчивых сортов.

Вместе с тем при организации агроэкосистем есть и другой путь повышения продуктивности — создание многоярусной агроэкосистемы (подобной природной в виде лесного многоярусного ценоза), в которой по вертикальному профилю световая ниша занята соответствующей все более низкорослой и тенелюбивой культурой. Переход от одновидовых агроэкосистем к поликультурным — одна из перспективных задач оптимизации природопользования.

Энергия, разумеется, необходима не только для обеспечения процесса фотосинтеза. Любой процесс, совершающийся в неорганическом и органическом мире, нуждается в энергии и реализуется только при наличии ее в требуемом количестве и доступной форме.

Источник

Биология. 10 класс

*§ 49—2. Поле зерновых как пример агроэкосистемы. Пути повышения продуктивности агроэкосистем

Поле зерновых как пример агроэкосистемы

Естественные биогеоценозы представляют собой системы, способные к саморегуляции. В них все вещества, потребляемые растениями, в конечном итоге возвращаются в почву.

В результате сельскохозяйственной деятельности человека формируются искусственные биогеоценозы — агроэкосистемы, которые по целому ряду признаков отличаются от природных экосистем (см. табл. *§49—1). Разнообразие живых организмов в них резко снижено для получения максимально высокой продукции (урожая), которую изымает человек. В результате значительная часть веществ выносится из системы с урожаем. Это нарушает естественный круговорот веществ и приводит к снижению плодородия почвы. В экологии такая закономерность называется «законом убывающего плодородия». Как противостоять этому закону?

Структуру и функционирование агроэкосистемы рассмотрим на примере пшеничного поля. Оно, как и природные экосистемы, характеризуется определенным видовым составом организмов и определенными связями и взаимоотношениями между организмами и средой обитания. Однако видовой состав растений и животных в нем обеднен, ведь малокомпонентность — один из признаков агроэкосистемы. Так, на пшеничном поле продуценты представлены пшеницей — доминирующей монокультурой и несколькими видами относительно малочисленных сорняков (чаще всего это пырей, василек, осот, овсюг).

На естественном лугу биологическое разнообразие продуцентов значительно выше, но биологическая продуктивность уступает засеянному пшеницей полю во много раз.

Консументы на пшеничном поле обычно представлены мелкими грызунами, которые кормятся за счет пшеницы, хищными животными, поедающими грызунов, растительноядными насекомыми-вредителями, хищными и паразитическими насекомыми, уничтожающими вредителей пшеницы.

Редуцентами являются беспозвоночные животные, грибы, протисты, бактерии, свободно живущие в почве или в контакте с корневой системой культурных и сорных растений.

Вышеуказанные функциональные группы организмов формируют трофическую структуру пшеничного поля, состоящую из пастбищных и детритных цепей. Однако, в отличие от естественной экосистемы, здесь пастбищные цепи короткие (2—3 звена), и обязательным звеном пищевой сети является человек, который обеспечивает высокую продуктивность пшеничного поля и влияет на биотические взаимоотношения между его компонентами.

Основными типами взаимоотношений в агроэкосистеме пшеничного поля являются: растительноядность, хищничество, паразитизм, внутривидовая и межвидовая конкуренция. Это отрицательные взаимоотношения, которые преобладают в молодых неустойчивых экосистемах, не способных к саморегуляции.

В целом следует еще раз отметить, что человек управляет агроэкосистемами, внося в них значительное количество дополнительной энергии (обработка почвы, полив, удобрения, пестициды) и влияя на их трофические уровни и среду обитания.

Источник