Искусственный отбор в природной экосистеме. Агроценозы

Сравнение природной и упрощенной антропогенной экосистем (по Миллеру, 1993)

Главная цель создаваемых сельхозсистем - рациональное использование тех биологических ресурсов, которые непосредственно вовлекаются в сферу деятельности человека - источники пищевых продуктов, технологического сырья, лекарственных препаратов.

Агроэкосистемы создаются человеком для получения высокого урожая - чистой продукции автотрофов.

Обобщая все уже сказанное об агроэкосистемах подчеркнем следующие их основные отличия от природных (таблица 2).

1. В агроэкосистемах резко снижено разнообразие видов:

§ снижение видов культивируемых растений снижает и видимое разнообразие животного населения биоценоза;

§ видовое разнообразие разводимых человеком животных ничтожно мало по сравнению с природным;

§ культурные пастбища (с посевом трав) по видовому разнообразию похожи на сельскохозяйственные поля.

2. Виды растений и животных, культивируемых человеком, «эволюционируют» за счет искусственного отбора и неконкурентоспособны в борьбе с дикими видами без поддержки человека.

3. Агроэкосистемы получают дополнительную энергию, субсидируемую человеком, кроме солнечной.

4. Чистая продукция (урожай) удаляется из экосистемы и не поступает в цепи питания биоценоза, а частичное ее использование вредителями, потери при уборке, которые тоже могут попасть в естественные трофические цепи. Всячески пресекаются человеком.

5. Экосистемы полей, садов, пастбищ, огородов и других агроценозов - это упрощенные системы, поддерживаемые человеком на ранних стадиях сукцессии, и они столь же неустойчивы и неспособны к саморегуляции, как и природные пионерные сообщества, а потому не могут существовать без поддержки человека.

Таблица 2

Сравнительная характеристика природных экосистем и агроэкосистем.

Практическая работа № 4

Тема: «Сравнительное описание естественных природных систем и агроэкосистемы».

1.. Цель: закрепить знания о структуре экосистем, научиться составлять описание природных и искусственных экосистем, объяснять различия между ними и их значение;

2. Порядок выполнения:

3.1. Отработка терминов и понятий.

3.2. Выполнение работы, решение заданий.

3.3. Выполнение тестового задания.

3. Схема отчета:

4.1. Тема и цель занятия.

4.2. Ответы к заданиям.

4.3. Ответы тестового задания.

Оборудование : учебник, таблицы

Ход работы.

Задание 1. Изучить описание природной экосистемы и распределить обитателей леса на 3 группы (продуценты, консументы, редуценты). Составить 3 цепи питания характерные для данной экосистемы.

Биоценоз лиственного леса характеризуется не только видовым разнообразием, но и сложной структурой. Растения, обитающие в лесу, различаются но высоте их наземных частей. В связи с этим в растительных сообществах выделяют несколько «этажей», или ярусов. Первый ярус - древесный -составляют самые светолюбивые виды - дуб, липа. Второй ярус включает менее светолюбивые и более низкорослые деревья - грушу, клен, яблоню. Третий ярус состоит из кустарников лещины, бересклета, калины и др. Четвертый ярус - травянистый. Такими же этажами распределены и корни растений. Ярусность наземных растений и их корней позволяет лучше использовать солнечный свет и минеральные запасы почвы. В травяном ярусе в течение сезона происходит смена растительного покрова. Одна группа трав, называемая эфемерами, - светолюбивые. Это медуница, хохлатка, ветреница; они начинают рост ранней весной, когда нет листвы на деревьях и поверхность почвы ярко освещена. Эти травы за короткий срок успевают образовать цветки, дать плоды и накопить запасные питательные вещества. Летом па этих местах под покровом распустившихся деревьев развиваются теневыносливые растения. Кроме растений в лесу обитают: в почве - бактерии, грибы, водоросли, простейшие, круглые и кольчатые черви, личинки насекомых и взрослые насекомые. В травяном и кустарниковом ярусах сплетают свои сети пауки. Выше в кронах лиственных пород обильны гусеницы пядениц, шелкопрядов, листоверток, взрослые формы жуков листоедов, хрущей. В наземных ярусах обитают многочисленные позвоночные - амфибии, рептилии, разнообразные птицы, из млекопитающих - грызуны (полевки, мыши), зайцеобразные, копытные (лоси, олени), хищные - лисица, волк. В верхних слоях почвы встречаются кроты.

Задание 2. Изучите агроценоз пшеничного поля и распределите обитателей леса на 3 группы (продуценты, консументы, редуценты). Составить 3 цепи питания характерные для данной агроэкосистемы.

Его растительность составляют, кроме самой пшеницы, еще и различные сорняки: марь белая, бодяк полевой, донник желтый, вьюнок полевой, пырей ползучий. Кроме полевок и других грызунов, здесь встречаются зерноядные и хищные птицы, лисы, трясогузка, дождевые черви, жужелицы, клоп вредная черепашка, тля, личинки насекомых, божья коровка, наездник. Почву населяют дождевые черви, жуки, бактерии и грибы, разлагающие и минерализующие солому и корни пшеницы, оставшиеся после сбора урожая.

Задание 3. Дайте оценку движущим силам, формирующим природные и агроэкосистемы. Внесите следующие утверждения в таблицу:

действует на экосистему минимально,

не действует на экосистему,

действие направлено на достижение максимальной продуктивности.

Искусственный отбор

действует на экосистему минимально

действие направлено на достижение максимальной продуктивности

Задание 4. Оценить некоторые количественные характеристики экосистем. (больше, меньше)

Правильный ответ выделен жирным шрифтом!!!

Контрольные вопросы (тестирование):

1. Основным источником энергии для агроэкосистем являются
А) минеральные удобрения
Б) солнечные лучи
В) органические удобрения? Г) почвенные воды

2. Почему поле, засеянное культурными растениями, нельзя считать природной экосистемой
А) отсутствуют цепи питания
Б) не происходит круговорот веществ
В) кроме солнечной используется дополнительная энергия
Г) растения не располагаются в пространстве ярусами

3. В чем проявляется сходство плантации сахарной свеклы и экосистемы луга
А) имеют незамкнутый круговорот веществ
Б) для них характерна небольшая длина цепей питания В) в них отсутствуют вторичные консументы (хищники)
Г) имеют пищевые цепи и сети

4. Агроценоз считают искусственной экосистемой, так как он
А) существует только за счёт энергии солнечного света
Б) не может существовать без дополнительной энергии
В) состоит из продуцентов, консументов и редуцентов
Г) не включает консументов и редуцентов

5. Большую роль в повышении продуктивности агроэкосистем играет
А) превышение нормы высева семян
Б) введение севооборота на полях
В) выращивание растений одного вида
Г) увеличение площади агроценоза

6. Агроценозы характеризуются
А) доминированием монокультуры
Б) уменьшением численности вредителей
В) разнообразием входящих в них видов организмов
Г) уменьшением конкурентоспособности культурных растений

7. При уничтожении ядохимикатами насекомых-вредителей иногда наблюдается их массовое размножение, так как
А) увеличивается численность хищных птиц
Б) ускоряется рост сельскохозяйственных растений
В) уничтожаются их естественные враги
Г) уменьшается численность культурных растений

8. Агроэкосистема, в сравнении с естественной экосистемой, менее устойчива, так как
А) она состоит из большого разнообразия видов
Б) в ней замкнутый круговорот веществ и энергии
В) продуценты в ней усваивают энергию Солнца
Г) она имеет короткие пищевые цепи

Вывод: Необходимо не только создавать искуственные экосистемы, но и сохранять природные. Требуется тщательная охрана данных экосистем, ведь всё то что сотворила природа гораздо лучше чем искуственные экосистемы. Движущие силы в природных и агроэкосистемах, являются главными факторами, которые поддерживают и помогают развиваться этим экосистемам.

Природа многогранна и прекрасна. Можно сказать, что это целая система, включающая в себя как живую, так и неживую природу. Внутри нее много других различных, уступающих ей по масштабу систем. Но не все они полностью созданы природой. В некоторые из них свою лепту вносит человек. Антропогенный фактор способен кардинально поменять природный ландшафт и его направленность.

Агроэкосистема - возникшая в результате антропогенной деятельности. Люди могут вспахать землю, засадить территорию деревьями, но, что бы мы не делали, нас всегда окружала и будет окружать природа. В этом некая ее особенность. Чем агроэкосистемы отличаются от природных экосистем? В этом стоит разобраться.

в целом

Вообще, экологическая система - это любая совокупность органических и неорганических компонентов, в которой существует круговорот веществ.

Будь то природная или созданная руками человека, она все равно является экологической системой. Но все же, чем агроэкосистемы отличаются от природных экосистем? Обо всем по порядку.

Природная экосистема

Природная система, или, как ее еще называют, биогеоценоз, - это совокупность органических и неорганических компонентов на участке земной поверхности с однородными природными явлениями: атмосфера, горные породы, гидрологические условия, почвы, растения, животные и мир микроорганизмов.

Природная система имеет свою структуру, которая включает в себя следующие компоненты. Продуценты, или, как их еще называют, автотрофы - это все те растения, способные производить органическое вещество, то есть способные к фотосинтезу. Консументы - это те, кто питается растениями. Стоит отметить, что они относятся к первому порядку. Кроме этого, имеются консументы и других порядков. И, наконец, другая группа - это группа редуцентов. Сюда принято относить различного рода бактерии, грибы.

Структура природной экосистемы

В любой экосистеме выделяют пищевые цепи, пищевую сеть и трофические уровни. Пищевая цепь - это последовательное перенесение энергии. Пищевой сетью называются все цепи, соединенные между собой. Трофические уровни - это те места, которые занимают организмы в цепях питания. Продуценты относятся к самому первому уровню, ко второму относят консументов первого порядка, к третьему - второго порядка и так далее.

Сапрофитная цепь или по-другому детритная, начинается с отмерших остатков и заканчивается каким-либо видом животного. Существует всеядная пищевая цепь. Пастбищная выедания) в любом случае начинается с фотосинтезирующих организмов.

Это все то, что касается биогеоценоза. А чем агроэкосистемы отличаются от природных экосистем?

Агроэкосистема

Агроэкосистема - это экосистема, созданная человеком. Сюда можно отнести сады, пашни, виноградники, парки.

Как и предыдущая, агроэкосистема включает в себя следующие блоки: продуценты, консументы, редуценты. К первым относятся культурные растения, сорные растения, растения пастбищ, садов и лесополос. Консументы - это все сельскохозяйственные животные и человек. Блок редуцентов - это комплекс почвенных организмов.

Виды агроэкосистем

Создание антропогенных ландшафтов включает в себя несколько видов:

• сельскохозяйственные ландшафты: пашни, пастбища, орошаемые земли, сады и другие;
• лесные: лесопарки, полезащитные лесные полосы;
• водные: пруды, водохранилища, каналы;
• городские: города, поселки;
• промышленные: шахты, карьеры.

Существует и другая классификация агроэкосистем.

Типы агроэкосистем

В зависимости от уровня хозяйственного использования, системы делятся на:

• агросферу (глобальную экосистему),
• аграрный ландшафт,
• агроэкосистему,
• агроценоз.

В зависимости от энергетической особенности природных зон деление происходит на:

• тропический;
• субтропический;
• умеренный;
• арктический типы.

Первый характеризуется высоким обеспечением теплом, непрерывной вегетацией и преобладанием многолетних культур. Второй - двумя периодами вегетации, а именно летним и зимним. Третий тип имеет лишь один период вегетации, а также долгий период покоя. Что касается четвертого типа, то тут возделывание культур очень затруднено по причине низких температур, а также похолоданий на длительное время.

Разнообразие признаков

Все культурные растения должны обладать определенными свойствами. Во-первых, высокой экологической пластичностью, то есть способностью давать урожай в широком диапазоне колебаний климатических условий.

Во-вторых, гетерогенностью популяций, то есть в каждой из них должны быть растения, различные по таким признакам, как время цветения, устойчивость к засухе, морозоустойчивость.

В-третьих, скороспелостью - способностью к быстрому развитию, которое будет опережать развитие сорных растений.

В-четвертых, устойчивостью к грибковым и другим болезням.

В-пятых, устойчивостью к вредным насекомым.

Сравнительная и агроэкосистем

Кроме того, о чем было сказано выше, данные экосистемы сильно отличаются и по ряду других признаков. В отличие от природных, в агроэкосистеме главным потребителем является сам человек. Именно он стремится к максимальному получению первичной продукции (растениеводческой) и вторичной (животноводческой). Вторым потребителем являются сельскохозяйственные животные.

Второе отличие заключается в том, что агроэкосистема формируется и регулируется человеком. Многие задают вопрос, почему агроэкосистема менее устойчива, чем экосистема. Все дело в том, что в них слабо выражена способность к саморегуляции и самовозобновлению. Без участия человека существуют лишь непродолжительное время.

Следующее различие - это отбор. Устойчивость природной экосистемы обеспечивает естественный отбор. В агроэкосистеме он искусственный, обеспечивается человеком и направлен на получение максимально возможной продукции. Энергия, получаемая агросистемой, включает в себя солнце и все то, что дает человек: орошение, удобрения и так далее.

Природный биогеоценоз питается лишь естественной энергией. Как правило, растения, выращиваемые человеком, включают в себя несколько видов, в то время как природная экосистема отличается огромным разнообразием.

Различный питательный баланс - еще одно отличие. Продукция растений в естественной экосистеме используется во многих цепях питания, но тем не менее все равно возвращается в систему. Получается круговорот веществ.

Чем агроэкосистемы отличаются от природных экосистем?

Природная и агроэкосистема во многом отличаются друг от друга: растениями, потреблением, жизненностью, устойчивостью к вредителям и болезням, видовым разнообразием, типом отбора и многими другими признаками.

Экосистема, созданная человеком, имеет как преимущества, так и недостатки. Природная же система, в свою очередь, не может иметь каких-либо минусов. В ней все прекрасно и гармонично.

Создавая искусственные системы, человек должен бережно относиться к природе, чтобы не нарушать эту гармонию.

Практическая работа

«Сравнительное описание природной системы и агроэкосистемы».

Цель: продолжить развивать умение сравнивать на основе анализа естественного биогеоценоза и агроценоза; объяснять причины выявленного сходства и различия.

2. Заполнить таблицу «Сравнение природной системы (биогеоценоза) и агроэкосистемы».

Сравнение биогеоценоза и агроценоза.

3. По критериям сравнения и рисункам сделайте краткую характеристику экосистемы пруд

· Найдите примеры взаимоотношений между организмами, населяющими экосистему, (хищничество, конкуренция, симбиоз…и т.д.) проиллюстрировав ответ соответствующими примерами

· изобразить 2-3 пищевые цепи, предположительно имеющие место в данной экосистеме

· Привести примеры 2-3 приспособлений растительных или животных организмов к недостатку действия какого-либо абиотического фактора

· Приведите примеры продуцентов, консументов и редуцентов этих экосистем

Агроэкосистемы или агроценозы.

Хозяйственная деятельность людей – мощный фактор преобразования природы. В результате этой деятельности формируются своеобразные биогеоценозы. К числу их можно отнести, например, агроценозы, представляющие собой искусственные биогеоценозы, возникающие в результате сельскохозяйственной деятельности человека. Примерами могут служить искусственно создаваемые луга, поля, пастбища. При создании таких биогеоценозов человек широко применяет разнообразные агроприемы: посев высокопродуктивных трав, мелиорацию (при избыточном увлажнении), внесение удобрений, различные способы обработки почв, иногда искусственное орошение и т.п. К числу создаваемых биогеоценозов можно отнести также парки, плодовые сады и ягодники, лесные насаждения и т.д.

При создании искусственных биогеоценозов необходимо полнее учитывать формы взаимоотношений, которые складываются в таких сообществах между их компонентами и почвой. Особенно важно учитывать свойства почвы, необходимость ее охраны от разрушения ветром и водой (эрозии), сохранения естественной структуры и целостности почвенного покрова и др.

Высокая численность растений одного вида на значительных площадях может привести к тому, что питающиеся этими растениями насекомые, которые в естественных биогеоценозах встречались редко, сильно размножатся и станут опасными вредителями возделываемых культур. Например, свекловичный долгоносик на естественных лугах питается немногочисленными видами растений семейства бурачниковых, не причиняя им большого вреда. Положение в корне изменилось, когда была введена в культуру сахарная свекла, занявшая огромные площади. «Безобидный» свекловичный долгоносик превратился в массового вредителя одной из важнейших сельскохозяйственных культур.

Создаваемые человеком искусственные биогеоценозы требуют неустанного внимания и активного вмешательства в их жизнь. При высокой агротехнике и учете взаимодействия компонентов агроценоза они могут быть высокопродуктивными, как например, искусственные луговые угодья, лесонасаждения и т.п.

Между естественными и искусственными биогеоценозами наряду со сходством существуют и различия, которые важно учитывать в хозяйственной деятельности человека.

Естественные биогеоценозы обычно слагаются из большого количества видов. Они представляют из себя экологические системы, которые складываются в природе под действием естественного отбора. Последний отметает все слабо приспособленные формы организмов. В результате складывается сложная, относительно стойкая экологическая система, способная к саморегуляции. В естественных биогеоценозах осуществляется круговорот веществ, в результате которого вещества, потребляемые растениями, возвращаются в почву.

В создаваемых человеком искусственных биогеоценозах – агроценозах – компоненты подбираются исходя из хозяйственной ценности. Здесь ведущий фактор не естественный, а искусственный отбор. Через искусственный отбор и другие агротехнические мероприятия человек стремится получить максимальную биологическую продуктивность (урожай). В искусственных биогеоценозах значительная часть питательных веществ выносится с урожаем из системы и естественный круговорот веществ не осуществляется. Наблюдается пониженное разнообразие входящих в агроценоз видов, т.к. обычно культивируют один или несколько видов (сортов) растений, что приводит к значительному обеднению видового состава животных, грибов, бактерий. В агроценозах наблюдается также пониженная способность культурных растений противостоять конкурентам и вредителям. Культурные виды так сильно изменены селекцией в пользу человека, что без его поддержки не могут выдержать борьбу за существование.

В естественных биогеоценозах источником энергии является Солнце. В агроценозах наряду с этим (естественным) источником энергии человек вносит удобрения, без которых высокая биологическая продуктивность не может быть реализована. Агроценозы поддерживаются человеком посредством больших затрат энергии (мускульной энергии людей и животных, работы сельскохозяйственных машин, связанной энергии удобрений, затрат на дополнительный полив и т. п.). Таким образом, они существуют и дают высокую биологическую продуктивность благодаря непрерывному вмешательству и поддержке человека, без участия которого они существовать не могут.

Экосистема пруда.

Экосистема аквариума.

• Сходство природных экосистем и агроценозов;
• Различия между природными экосистемами и агроценозами.

1. Наличие трёх функциональных групп

(продуценты, консументы, редуценты)

Пшеничное поле

продуценты

консументы

редуценты

Сходства агроценоза с природной экосистемой:

2. Наличие пищевых сетей

наездник

растения

филин

гусеницы

перепел

жаворонок

лиса

мышь

Пищевая сеть агроценоза

растения

гусеницы

мышь

наездник

перепел

жаворонок

лиса

филин

Сходства агроценоза с природной экосистемой:

3. Ярусная структура

Сходства агроценоза с природной экосистемой:

абиотические факторы

Сходства агроценоза с природной экосистемой:

4. Влияние экологических факторов

биотические факторы

Сходства агроценоза с природной экосистемой:

4. Влияние экологических факторов

антропогенные факторы

Сходства агроценоза с природной экосистемой:

5. Часто есть вид - доминант

Вид – доминант – вид, преобладающий в экосистеме по численности и влиянию

Отличия

характеристики

Природная экосистема

1. Видовое разнообразие

Агроценоз

Много видов, образующих сильно разветвлённые пищевые сети

Видов меньше, вид – доминант определяет человек

Отличия агроценоза и природной экосистемы:

характеристики

Природная экосистема

2. Устойчивость

Агроценоз

Неустойчив, без человека погибает

Устойчива

Отличия агроценоза и природной экосистемы:

характеристики

Природная экосистема

3. Действие отбора

Агроценоз

Действует естественный отбор , остаются более приспособленные особи

Естественный отбор ослаблен, действует искусственный отбор , остаются ценные для человека особи

Отличия агроценоза и природной экосистемы:

характеристики

Природная экосистема

4. Источник энергии

Агроценоз

Энергия Солнца и энергия, вносимая человеком (полив, прополка, внесение удобрений и т.д.)

Энергия Солнца

Отличия агроценоза и природной экосистемы:

характеристики

Природная экосистема

5. Круговорот элементов

Агроценоз

Часть элементов забирает человек с урожаем, круговорот неполный

Полный круговорот

Отличия агроценоза и природной экосистемы:

характеристики

Природная экосистема

6. Саморегуляция

Агроценоз

Регулирует человек

Способна к саморегуляции

Отличия агроценоза и природной экосистемы:

характеристики

Природная экосистема

7. Продуктивность (создание органических веществ при фотосинтезе в единицу времени)

Агроценоз

Высокая благодаря человеку

Зависит от природных условий

Заполните таблицу.

Природное сообщество

Естественный отбор

Агроценоз

Искусственный отбор

Дайте оценку движущим силам, формирующим природные и искусственные экосистемы:

• Не действует на экосистему;
• Действует на экосистему;
• Действие на экосистему минимально;
• Действие направлено на достижение максимальной продуктивности.

Видовой состав сообщества

Природное сообщество

Видовой состав

Агроценоз

Меньше/ больше по каждой позиции.

Распределите характеристики:

Общие характерно характерно

характеристики только для только для

природных агроценоза

экосистем

Характеристики:

1. Неорганические вещества, поглощаемые продуцентами из почвы, удаляются из экосистемы.

2. Наличие в экосистеме редуцентов.

3. Экосистема быстро разрушается без вмешательства человека.

4. Наличие в цепях питания продуцентов.

5. Основной источник энергии – солнце.

6. Неорганические вещества, поглощаемые продуцентами из почвы, возвращаются в экосистему.

Характеристики:

7. Экосистема устойчива во времени без вмешательства человека.

8. Часть энергии или химических веществ может искусственно вноситься человеком.

9. Человек слабо влияет на круговорот веществ.

10. Характеризуется многообразием экологических ниш.

11. Наличие в цепях питания консументов.

12. Обязательным элементом цепей питания является человек.

Природные экосистемы и созданные человеком агроценозы имеют общие характеристики: _____________________.

Различия связаны с _________________

____________________________________.