Курсова робота

з агроекології

На тему: «Сучасне поняття про агроекосистему»

Зміст

1. Поняття про агроекосистему

2. Рівні організації та типи агроекосистем

3.Екологічні чинники агроекосистем

3.1. Світло як екологічний чинник

3.2. Тепло як екологічний чинник

3.3. Вода як екологічний чинник

3.4. Склад повітря як екологічний чинник

3.5. Рух повітря як екологічний чинник

3.6. Геохімія ґрунтів як екологічний чинник

4. Біогенні чинники

4.1. Живі організми як екологічний чинник.

5. Антропогенні чинники

6. Інформація як екологічний чинник

7. Еколого-господарська інфраструктура та її стабілізуюча роль

1. Поняття про агроекосистему

У процесі взаємодії з природою людство постійно вирішувало першочергове завдання життєзабезпечення - виробництва продуктів харчування, що є єдиним джерелом отримання людиною внутрішньої енергії. Тому не випадково однією з найдавніших галузей не тільки сільськогосподарського виробництв, а й виробничої діяльності людини загалом є землеробство.

Процес переходу від накопичення сільськогосподарських знань до примітивних, а згодом дедалі більш удосконалених систем землеробства та методів ведення сільського господарства загалом, стимулював ріст виробництва продовольчих ресурсів, сприяв збільшенню значення аграрного сектору в формуванні первинної фітобіологічної продукції. Біомаса людей порівняно з доагрокультурною епохою значно зросла. В сучасній біосфері в антропогенний канал, створений людьми і свійськими тваринами, надходить 1,6-Ю¹⁶ Вт енергії, що становить ~25 % загальної первинної продукції рослин. Значне збільшення первинної продукції, яку споживає людство, відбувається вже не тільки за рахунок сонячної енергії, а й під впливом додаткових енергетичних джерел. Близько 95 % сухої речовини рослин створюється в процесі фотосинтезу за участю сонячної енергії, а сама продуктивність агроценозів забезпечується насамперед за рахунок вільного перебігу в рослинах і ґрунті біологічних процесів. «Антропогенна енергія», що надходить в агроекосистеми, не замінює (і не може замінити) кількість сонячної енергії, а е своєрідним каталізатором, що стимулює активніше її використання (засвоєння).

Вивчення агроекології потребує фундаментальних знань структури природних екосистем, продукту «творчої» діяльності самої природи. Без розуміння особливостей організації природних екосистем неможливо оцінювати агроекосистеми.

Під сільськогосподарською екологічною системою (агроекосистемою) розуміють природний комплекс, змінений (трансформований) сільськогосподарською діяльністю людини. Агроекосистема - це штучна або змішана система рослинних, тваринних і мікробіологічних угруповань з невираженим або відсутнім механізмом саморегулювання, проектна продуктивність яких підтримується за рахунок прямих і опосередкованих енергетичних інвестицій, при припиненні або критичному зниженні яких вона деградує, втрачає свої проектні властивості. Розділ екології, що вивчає екологічні системи, називають синекологією.

Отже, агроекосистема є несталою системою агроценопопуляцій культивованих рослин на оброблюваних їрунтах із певним складом, структурою й режимом, які підтримуються і регулюються сільськогосподарськими працівниками; за відсутності такого контролю поступово втрачає свої властивості.

Під екологічною системою (екосистемою) розуміють цілісну природну одиницю, що утворилася в результаті взаємодії компонентів груп живих істот і неорганічного середовища їх проживання. Внаслідок цієї взаємодії створюються нова якість і відповідний колообіг речовин та енергії між організмами і середовищем проживання. До природних екосистем належать лише стабільні системи з визначеними трофічною й енергетичною організаціями. Крім того, в певних межах вони характеризуються саморегуляцією. Екосистему зазвичай визначають як сукупність живих істот та умов середовища:

Екосистема = Біотоп + Біоценоз.

Концепцію біогеоценозу розробив В.М. Сукачов (1942). Згідно з його визначенням, біогеоценоз (від грец. bios - життя, ge - земля, koinos - загальний) - це сукупність на певній ділянці земної поверхні однорідних природних об'єктів (атмосфери, гірської породи, рослинності, тваринного світу, мікроорганізмів, ґрунту і гідрологічних умов) з особливою специфікою їх взаємодії і певним типом обміну речовиною й енергією між собою та з іншими компонентами природи, що становлять внутрішні протиріччя системної єдності, яка знаходиться в постійному русі, розвитку. Будь-який біогеоценоз є екологічною системою, а конкретна екосистема - біогеоценозом.

2. Рівні організації та типи агроекосистем

Штучно створені людиною рослинні угруповання посівом чи висаджуванням культурних рослин, під новою синонімічною назвою (агроекосистема, агроценоз, агробіоценоз, сільськогосподарська екосистема, сільськогосподарський фітоценоз, зооценоз тощо) завжди є збідненим рослинним (тваринним) угрупованням одного чи декількох видів для отримання певної фіто-, зоомаси чистої продукції від автотрофів. До них зазвичай відносять посіви сільськогосподарських культур: зернових, бобових, олійних, технічних, плодових, овочевих, кормових та культурні пасовища; багаторічні насадження: плодові сади, захисні лісонасадження, штучно створенні лісові екосистеми; зооценози: стада сільськогосподарських тварин, тваринницькі ферми, птахоферми, зграйних, водяних тварин, риб; різні культури мікроорганізмів і грибів.

Штучно створені людиною агроекосистеми (біоценози) складаються з певних видів рослин (сортів). Рослини, які зростають на польових ділянках і е сталими елементами агроекосистем, називають компонентами. Основу агрофітоценозу становлять культурні рослини полів, городів, садів, тобто едифікатори, про домінантну роль яких дбає людина.

Штучно створені агроекосистеми (біоценози) й зооценози різняться від природних низкою специфічних особливостей. У них різко знижене видове різноманіття організмів. Оскільки на полях вирощують один, рідко - декілька видів рослин, тут значно збіднюється видовий склад тварин і мікроорганізмів у біоценозі. Без постійної турботи людини вирощувані види рослин, що виведені й дібрані нею, неспроможні виграти боротьбу за існування з дикорослими видами (бур'янами). Проте в агроекосистемах рослини крім потоку сонячної енергії отримують додаткову енергію від людини, яка створює умови для вирощування культурних видів рослин (обробіток ґрунту, внесення добрив, боротьба з бур'янами, шкідниками, хворобами тощо). Вирощений урожай вилучається і не потрапляє в подальшому у ланцюг живлення й обміну енергією в агроекосистемі. Без належного догляду (повернення) з боку людини в агроекосистемі неминуче відбувається поступове збіднення й деградація її важливої складової - ґрунту.

Кожен тип агроекосистеми у своїй організації має певні компоненти, які беруть участь у створенні цієї динамічної системи, її компонентами зазвичай є видовий склад рослин, його ярусність, співвідношення надземних і підземних органів, ступінь участі окремих видів у формуванні системи, життєвість окремих видів, рясність вкривання та ін. Агроекосистеми характеризуються обов'язковим домінуванням вирощуваних культурних рослин, які чинять основний вплив на формування біотичних особливостей штучної системи. Культурні види вирощують переважно як одновидові популяції. Залежно від умов вирощування, періоду онтогенетичного розвитку та морфолого-фізіологічних особливостей культури її едифікаторна роль різна. Найсильніші едифікаторні властивості мають багаторічні трави. За ступенем ослаблення цих властивостей однорічні культури утворюють такий ряд типів агроекосистем: озимі, ярі колосові, зернобобові, ярі просапні, баштанні, овочеві тощо.

Під типом агроекосистеми слід розуміти сукупність окремих агроекосистем, однорідних за компонентним складом середовища та їх динамікою. Як і будь-які безживні системи вони мають багатоступінчасту ієрархічно зумовлену організацію. Сільськогосподарські екосистеми нижчого рівня входять до складу системних утворів вищого рангу і підпорядковані їм.

Найвищою ієрархічною одиницею агроекосистемного рівня є аг-росфера. До системного складу входять одиниці нижчих рівнів - аграрні ландшафти, які, в свою чергу, є сукупністю польових, пасовищних, фермських екосистем. Агроекосистеми на відмінну від природних екосистем формують для отримання максимально можливої кількості продукції, яка слугує першоджерелом харчових, кормових, лікарських і сировинних ресурсів, тобто функції агроекосистем в основному обмежуються постачанням засобів життя.

У цьому головна причина кількісної переваги ресурсоємних і природоруйнівних типів агроекосистем.

У сучасних агроекосистемах матеріально-енергетичні, економічні й екологічні процеси виробництва біологічної продукції знаходяться у складних взаємозв'язках. При цьому забезпечується відтворення природного ресурсного потенціалу та ефективне використання антропогенних субсидій енергії. Науково обґрунтована організація агроекосистем передбачає створення раціональної природної і природно-господарської інфраструктури (шляхи, лісові насадження, сільськогосподарські угіддя, канали та ін.), адекватні особливостям місцевого ландшафту і господарському використанню території загалом. Організація агроекосистем має бути наближеною до контурів природних комплексів, що досягається оптимізацією агроландшафту. Проте це тільки видима частина екологічно обґрунтованої агроекосистеми, значно складніші внутрішні процеси масо- й енергообміну, які підтримують ландшафтно-екологічну рівновагу.

В аграрних ландшафтах людина створила природно-технологічні системи для вирощування рослин (теплиці, оранжереї, парники), тварин (корівники, свинарники, конюшні, вівчарні), птиці (птахофабрики), корисних комах (пасіки) тощо.

Теплиці й оранжереї, тваринницькі ферми і комплекси, вулики й акваріуми - це природно-технологічні системи, які функціонують за принципом штучних екосистем. Аналогічно створено космічні апарати для проживання в космосі.

Агросфера - продукт сільськогосподарської діяльності людини - головний компонент антропогеоценозів.

Першу ґрунтовну характеристику антропогеогеоценозів запропонував В.П. Алексєєв.

Антропогеоценоз - система, об'єктами якої є люди, людські поселення й довколишня жива і нежива природа. Антропогеоценоз не обмежується населеним пунктом. Він може поширюватись на всю територію, яку експлуатує населення, на весь простір, що є об'єктом господарської діяльності людини.

Сільськогосподарська екологія знаходиться в стадії розвитку, тому єдиного загальноприйнятого визначення поняття агроекосистеми немає.

М.А. Уразаєв та ін. пропонують такі екологічні терміни для визначення сільськогосподарських екосистем:

· агросфера - глобальна екосистема, що об'єднує територію земної поверхні, перетворена сільськогосподарською діяльністю людини;

· аграрний ландшафт - екосистема, сформована в результаті сільськогосподарського перетворення ландшафту (степового, пустельного, тайгового тощо);

· сільськогосподарська екологічна система (сільськогосподарська екосистема) - екосистема на рівні господарства;

· агроекосистема - поле, сад, теплиця, оранжерея;

· пасовищна агроекосистема - природне чи культурне пасовище;

· фермова екосистема - корівник, свинарник, конюшня, тваринницький комплекс, зоопарк, віварій тощо.

Незважаючи на велику різноманітність, сільськогосподарські екосистеми різних рівнів і ієрархій мають багато спільного. За визначенням М.В. Маркова, основними їх елементами є:

культурні рослини, висіяні або висаджені людиною;

бур'яни, які потрапили в агроекосистеми всупереч волі людини;

мікроорганізми ризосфер культурних рослин і бур'янів;

бульбочкові бактерії на корінцях бобових рослин, що зв'язують
вільний азот повітря;

мікоризотворні гриби на корінні вищих рослин;

водорості, бактерії, гриби, актиноміцети, вільноіснуючі в ґрунті;

безхребетні тварини, що живуть у ґрунті і на рослинах;

хребетні тварини (гризуни, птиці та ін.), які живуть у ґрунті й посівах;

9)гриби, бактерії, віруси - паразити (напівпаразити) культурних рослин і бур'янів;

10)бактеріофаги - паразити мікроорганізмів.

Характерна особливість сільськогосподарських екосистем у тім, що вони є продуктом трансформування природних. Трансформуючи природні екосистеми в сільськогосподарські, людина змінювала живі і неживі компоненти природних комплексів: рослинний і тваринний світ, ґрунт, воду, атмосферу. Рослини природної флори знищували, замінювали на нові, потрібні для задоволення потреб людини. Зникло багато видів рослин, диких тварин, їх замінили свійські.

У сільськогосподарських екосистемах ланцюги живлення залучені в сферу діяльності людини. В них змінена екологічна піраміда, на вершині якої стоїть людина, що е специфічною ознакою будь-якої сільськогосподарської екосистеми. При умовному розгляді агроеко-системи як поєднання природної екосистеми з антропогенною енергією неважко виявити, що питомі затрати енергії в доіндустріальному сільському господарстві були порівнювані з енергозатратами в природних екосистемах. З переходом на інтенсивне ведення сільського господарства енерговикористання набагато зросло.

У сільськогосподарських екосистемах видовий спектр рослин і тварин збіднений. Аграрні і фермські агроценози малокомпонентні.

За розмірами антропогенних енергетичних субсидій основні типи агроекосистем поділяють на групи.

Першу групу утворюють екстенсивні агроекосистеми. їх продуктивність низька, ступінь адаптивності високий, спеціалізація рослинницька, тваринницька, комплексна. Характеризуються тривалою обліжно-перелоговою стадією, збереженням балансу між продуктивністю кормових угідь і поголів'ям худоби.

До другої групи належать інтенсивні агроекосистеми. їх продуктивність висока, ступінь адаптивності низький, спеціалізація рослинницька, тваринницька, комплексна. Характеризуються застосуванням сівозмін із травами і сидератами; утилізацією безпідс-тилкового гною, внесенням його на поля.

До третьої групи входять адаптивні агроекосистеми. їх продуктивність помірно висока, ступінь адаптивності високий, спеціалізація рослинницька, тваринницька, комплексна. Характеризуються широким застосуванням сидерації, побічної продукції сільськогосподарських культур, сівозмін із короткою ротацією, адаптивною структурою агроекосистеми, зменшенням біологічного різноманіття, повною утилізацією гною, застосуванням біоме-тодів.

У багатьох аграрних ландшафтах, де природні механізми саморегулювання й оптимізації екологічної ситуації в екосистемах не були порушені, сільське господарство розвивалося ефективно. Тут агроландшафт згубно не впливав на навколишнє середовище, на природні комплекси, що з ним межують.

Проте навіть у стародавньому світі траплялися екологічні катастрофи, пов'язані з деградацією ґрунтів, зникненням водойм, зміною клімату, що негативно впливало на розвиток рослинництва і тваринництва.

У міру розширення агросфери й інтенсифікації сільського господарства екологічні катастрофи ставали дедалі частішими і більш грізними.

Екологічні проблеми сільського господарства особливо загострилися в сучасну епоху науково-технічного прогресу.

Істотною особливістю агроекосистем є поява в них штучного добору і селекції рослин та тварин. Окультурення рослин і одомашнення тварин відбувалося на перших етапах формування сільського господарства (близько 12 - 14 тис. років тому). Спочатку людина проводила штучний добір рослин і тварин стихійно, без чіткого передбачення кінцевих результатів.І тільки з кінця XIII ст. почали здійснювати цілеспрямований добір рослин і тварин.

За відносно короткий період було виведено різноманітні високоврожайні сорти рослин і продуктивні породи тварин, які відповідали соціально-економічним потребам людини.

Важливою особливістю агроекосистем е цілеспрямовані або навмисні антропогенні зміни умов життя культурних рослин і свійських тварин. Штучний добір і селекція рослин і тварин супроводжувались перебудовою інших компонентів екосистем - ґрунту, води тощо.

За допомогою агротехнічних заходів окультурювались природні ґрунти, вони набували нових фізико-хімічних і біологічних властивостей, з'явилися штучно створенні ґрунти (агроземи), що не мають природних аналогів.

Антропогенні зміни ґрунтів в аграрних ландшафтах нерідко призводили до негативних наслідків, таких як ерозія (водна і вітрова), зниження вологості ґрунту і повітря, пов'язане з вирубуванням лісів, засолення і підкислення ґрунтів тощо.

Характерною особливістю аграрних ландшафтів як екосистем е залучення у сферу діяльності людини трофічних ланцюгів і біотичного колообігу. Людина впливає на умови живлення рослин, тварин за допомогою внесення в ґрунт органічних, мінеральних, бактеріальних добрив, збагаченням ґрунту теплиць С0₂ поліпшує умови мінерального живлення рослин, здійснює годівлю тварин в умовах пасовищного і стійлового утримання.

Агроекосистемам властива розімкненість біотичного колообігу, визначена особливостями їх організації, структурою і функціями, роллю, яку вони виконують. Основне призначення агроекосистем - забезпечення населення продуктами харчування. Це завдання можна вирішити тільки докорінною перебудовою потоків речовин у сільськогосподарських екосистемах і довколишньому середовищі. Більша частина хімічних елементів, зв'язаних у фітомасі, у вигляді зерна, овочів, фруктів, корене- і бульбоплодів мігрує за межі сільськогосподарських екосистем здебільшого для забезпечення міського населення продуктами харчування, а промисловості - сировиною.

Хімічні елементи, вивезені з продуктами рослинництва і тваринництва за межі аграрних ландшафтів, виключаються з біологічного колообігу сільськогосподарських екосистем. Із харчовими відходами й екскрементами людей вони надходять у каналізаційні системи міст, інших населених пунктів, залучаються в геологічний колообіг.

Біологічний колообіг порушується також у результаті припливу в сільськогосподарські екосистеми мінеральних добрив, пестицидів та інших речовин. У них змінюється баланс хімічних речовин приплив - відплив. Це впливає на геохімічну ситуацію й аграрні ландшафти, стан флори і фауни, біологічну продуктивність і відтворю-вальну здатність культурних рослин, свійських тварин, якість продукції рослинництва і тваринництва.

В аграрних ландшафтах змінений потік енергії. В них разом із сонячною енергією використовують додаткові енергетичні ресурси для обробітку, зрошення, осушення, удобрення ґрунту, захисту рослин від шкідників, хвороб, бур'янів тощо.

Дуже велика енергоємність агроекосистем закритого ґрунту.

Значні кількості додаткової енергії потрібні і для виробництва тваринницької продукції. Енергетичні субсидії необхідні для будівництва тваринницьких приміщень, підтримання в них оптимального мікроклімату (тепло, освітлення та ін.), лікування тварин.

Сільськогосподарські екосистеми різняться від природних характером їх регулювання та керування ними. Природні біоценози є саморегулювальними, самовідтворювальними системами. В усіх сільськогосподарських екосистемах (польових, садових, пасовищних, фермських) механізми саморегулювання і самовідтворення порушені. Процеси, які відбуваються в агроекосистемах, регулюються не стільки механізмами саморегулювання і самовдосконалення, скільки людиною. Людина виконує роль «внутрішнього» і «зовнішнього» регулятора. В міру поглиблення інтенсифікації і спеціалізації сільськогосподарського виробництва характер керування агроекосисте-мами змінювався, ставав дедалі менше «внутрішнім» і все більше «зовнішнім». Упродовж більшої частини історії сільського господарства США основним регулятором сільськогосподарських економічних екосистем був фермер, зацікавлений у тім, щоб передати ферму своїм нащадкам у найліпшому стані. Сільськогосподарські екосистеми, керовані фермерами, пристосовувались до місцевих екологічних умов, реагували на них адекватно. Останнім часом регуляційні функції від фермера переходять до інших власників - корпорацій, кооперативів, федерального уряду, які знаходяться далеко від господарств (ферм) і зацікавлені не стільки у збереженні сільськогосподарських угідь, скільки в отриманні максимальної кількості рослинницької і тваринницької продукції.

Різкий перехід від «внутрішнього» до «зовнішнього» керування сільським господарством стався і в нашій країні в період перетворення одноосібних господарств на колективні. Сільським господарством почали керувати з центру - району, області, столиці. Механізм керування агроекосистемами з адекватного, екологічного перейшов у неекологічний. Сільськогосподарські екосистеми деградували і гинули. Тому необхідно розробити досконаліші, обґрунтовані методи керування ними, навчитися створювати агроекосистеми, які б функціонували за принципом природних екосистем.3.Екологічні чинники агроекосистем

Сучасну класифікацію екологічних чинників запропонував М.Ф. Реймерс. В її основу покладено принципи обліку особливостей екологічних чинників за їх походженням, характером дії на живі системи, іншими ознаками. За часом виникнення екологічні чинники поділяють на три групи: еволюційні, історичні і діючі.

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

Історичний чинник, як і еволюційний, є постійно діючим екологічним чинником. На відміну від еволюційного він є результатом історичного розвитку людства, його господарської діяльності. Наприклад, поля, сади, культурні пасовища, тваринницькі ферми і комплекси, інші антропогенні компоненти аграрних ландшафтів - екологічні чинники, пов'язані з сільськогосподарською діяльністю людей.

Діючий чинник - це сучасний екологічний чинник. Таким є меліорація земель, що забезпечує розвиток високопродуктивного рослинництва, тваринництва інших галузей. Екологічні чинники поділяють на періодичні і неперіодичні.

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 при веденні сільського господарства вкрай потрібний. Відповідно до пори року сіють сільськогосподарські культури, збирають урожай, організовують пасовищне і стійлове утримання тварин тощо.

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

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. Клімат, у свою чергу, залежить від кількості сонячної радіації, форми Землі, швидкості її обертання навколо власної осі і навколо Сонця.

За походженням розрізняють чинники космічні, абіотичні, біотичні, безживні, антропогенні, антропічні і природно-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, що слугує джерелом енергії, яку рослини використовують у процесі фотосинтезу. Рослинництво можна розглядати як систему заходів щодо інтенсифікації фотосинтезу культурних рослин.

Абіотичні чинники - це чинники неживої природи. В наземних екосистемах такими є: кліматичні - світло, тепло, повітря (його склад і рух), волога (в тім числі опади в різних формах, вологість повітря і ґрунту та ін.); едафічні (ґрунтові) - гранулометричний і хімічний склад ґрунтів, їх фізичні властивості; орографічні - умови рельєфу. На водяні організми впливає комплекс гідрологічних чинників (гідрофізичні, гідрохімічні). Абіотичні чинники можуть справляти на організм пряму і побічну дію. Наприклад, температура середовища, що діє на організми рослин або тварин безпосередньо, визначає їх тепловий баланс, перебіг у них фізіологічних процесів. Разом з тим температура як абіотичний чинник може здійснювати на них і космічний вплив.

Біотичний чинник - сукупність впливів життєдіяльності одних організмів на життєдіяльність інших, а також на безживне середовище їх існування. Кожен організм постійно піддається прямому або побічному впливу інших істот, вступає в зв'язок з представниками свого та інших видів - рослинами, тваринами, мікроорганізмами, залежить від них і сам на них діє. На основі цього і виділяють біотичні чинники.

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

За механічного контакту, симбіозу рослини впливають одна на одну, виділяють різні фізіологічне активні речовини (вітаміни, антибіотики, ферменти, фітонциди, глюкозиди та ін.), які здатні стимулювати або пригнічувати ріст інших рослин. Побічним впливом можуть бути сприятливі і несприятливі для даного виду зміни таких екологічних чинників, як світло, волога, ґрунтове живлення. Наприклад, більшість бур'янів в агроекосистемах несприятливо впливають на ґрунт, де ростуть культурні рослини. Так, пирій повзучий виділяє агропірен, який пригнічує не тільки ріст культурних рослин, а й проростання їх насіння. З іншого боку, вмілим використанням фітонцидних властивостей культур можна домогтися підвищення не тільки врожаю, а й якості продукції, обійтися без пестицидів (люцерна рятує картоплю від фузаріозного в'янення та раку, кріп серед огірків збільшує тривалість їх плодоношення, корисне сусідство яблуні і малини - при цьому малина менше пошкоджується сірою гниллю, а яблуня - паршею).

Зоогенні чинники - це вплив тварин (поїдання, витоптування, інші механічні впливи, запилення, поширення насіння тощо) на середовище, їх можна використовувати для біологічного захисту рослин. Наприклад, відомого яйцепаразита трихограму застосовують для боротьби з капустяною, озимою та іншими совками, кукурудзяним метеликом, гороховою плодожеркою; таких ентомофагів, як інтродуковані хижі комахи подізус і перилюс - проти яйцевідкла-дань і личинок колорадського жука на картоплі і баклажанах.

Мікробогенні чинники - це вплив мікроорганізмів і грибів (наприклад, паразитизм) на середовище. Мікроорганізми (бактерії і гриби) впливають на ризосферу й патогенні організми. Зміна мік-робонаселення ризосфери відбивається на живленні рослин, на їх стійкості до бактеріальних або інфекційних уражень. Одна вища рослина може бути проміжним хазяїном патогенного мікроорганізму, який спричинює захворювання іншої рослини. Наприклад, деякі види молочаїв є проміжним хазяїном іржі гороху (в суїдіальній стадії), тому наявність у посівах гороху молочаю небезпечна.

Антропогенні чинники відбивають вплив діяльності людини на навколишнє середовище. З їх дією пов'язане знищення продуктів еволюції - багатьох видів рослин і тварин, дуже складних систем їх сумісного існування - біоценозів. Руйнування конкретних екосистем найчастіше зумовлене безпосереднім впливом на них (пожежі, різкі зміни ґрунтового покрову і водного режиму, забруднення різними техногенними речовинами); змінами, пов'язаними з постійним вилученням фіто- і зоомаси, особливо в агроекосистемах, без компенсації їх утрат; антроподинамічними змінами; докорінними перетвореннями природних екосистем на агроекосистеми.

За характером дії 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, речовино-енергетичні чинники характеризуються більш чи менш вираженою відповідністю масштабів перенесення речовини й енергії та ступеня вираженості відповідної реакції об'єкта дії (організму, популяції, біоценозу).

Серед фізичних чинників найбільше значення мають геофізичні і термічні, серед хімічних - засоленість і кислотність, серед комплексних - кліматичний, географічний, системотворний, За умовами дії екологічні чинники поділяють на залежні і не залежні від щільності популяцій. Переущільнення популяцій призводить до посилення конкуренції, рослини і тварини можуть негативно впливати одні на одних. Встановлено, що під дією конкурентів ріст особини (рослини чи тварини) гальмується або навіть припиняється. Конкуренція може стати причиною загибелі рослин і тварин.

Відомо, що на життя рослин і тварин постійно впливає 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, поєднані один з одним. Проте розгляд кожного з них зокрема не тільки правомірний, а й потрібний, оскільки дає змогу краще зрозуміти роль кожного окремого компонента в житті видів чи сільськогосподарських культур, що є необхідною передумовою вивчення впливу всього комплексу кліматичних чинників загалом.

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.

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 індивідуум (особину), групові - на групу рослин або тварин (популяцію, біоценоз), отологічні - відбивають характер дії на організм певних рекреацій тварин, наприклад самок на самців, самок на дітей; соціальні - вплив суспільства на людину і лише частково - на свійських тварин, комах, наприклад бджіл; соціально-психологічні, соціально-економічні чинники - екологічні взаємовідносини в людському суспільстві.

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 індиферентними, оскільки під їх дією стан організму змінюється. Наприклад, сильний шум на фермі непокоїть тварин, знижується продуктивність лактуючих тварин, кури можуть захворіти (шумова істерика).

Мутаційні чинники середовища спричинюють мутації, терато-генні - тератогенез, летальні - зумовлюють загибель тварин і рослин, лімітуючі - обмежують розмноження і поширення організмів. Обмежувальний 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). Закономірності, пов'язані з витривалістю видів, залежно від ступеня вираженості екологічного впливу були встановлені В. Шелфордом і дістали назву закону толерантності. Межі толерантності виду можуть звужуватися або, навпаки, розширюватися залежно від стану популяцій, циклів їх розвитку, зміни умов середовища. Звуження меж толерантності відмічається в період розмноження організмів, коли до впливу екологічних чинників стають дуже чутливими особини, що розмножуються, насіння рослин, яйця птиці, ембріони тварин. Вони звужуються також при погіршенні умов життєзабезпечення виду. Так, за дефіциту азоту в Ґрунті, що спричинює погіршення азотного живлення рослин, знижується засухостійкість злаків. Мінімум, оптимум чи максимум екологічних чинників багато в чому визначає умови розмноження і поширення рослин і тварин, їх процвітання або, навпаки, вимирання. Проте зворотні реакції організмів залежать не тільки від інтенсивності екологічних чинників, а й від стану самих організмів, їх екологічної валентності.

Екологічна валентність виду характеризує здатність організму існувати в різних умовах середовища, заселяти ділянки з більш чи менш вираженими коливаннями інтенсивності екологічних чинників. Одні біологічні види мають велику екологічну валентність (ев-риек), інші - малу (стеноек). Знання лімітуючих чинників, закону толерантності, екологічної валентності видів мають важливе значення для вирішення багатьох питань агроекології, зокрема для боротьби зі шкідниками сільськогосподарських культур. Так, змінюючи вологість ґрунту, можна боротися з жуком-шовкуном. Осушення заболочених пасовищ - надійний метод боротьби з фасціо-льозом - захворюванням сільськогосподарських тварин. Отже, екологічна валентність - це діапазон адаптивності (толерантності, пристосованості) виду до тих чи інших умов середовища, здатність виду заселяти середовище з різними екологічними умовами. Види з низькою екологічною валентністю здатні витримувати обмежені варіації екологічних чинників. Це так звані стенобіонтнії. Види з високою екологічною валентністю займають різні екотипи або місця з дуже мінливими умовами. Це так звані еврибіонтпи, тобто організми, здатні жити в різних умовах навколишнього середовища або при значних ї'х змінах, їм властиві широкі ареали.

3.1. Світло як екологічний чинник

Серед життєво необхідних екологічних чинників сонячному світлу належить особливе місце. Життя на нашій планеті в усій його різноманітності забезпечується енергією сонячної радіації. Зародження і розвиток живого - немислимі без Сонця. Його енергія приводить у рух складний механізм повітряних і морських течій. Під його впливом випаровується вода і відбувається безперервний її колообіг. Біосферу можна розглядати як продукт сонячної енергії та енергії живої речовини, тобто біомаси всіх організмів, які населяють нашу планету.

Із фізичного погляду сонячна радіація складається з хвиль різної довжини. Променеву енергію рослини використовують вибірково. Для фотосинтезу придатні промені з довжиною хвилі від 380 до 740 нм, які становлять до 50 % усієї енергії інтегральної сонячної радіації. Ділянка сонячного спектра, яка використовується для фотосинтезу, названа фотосинтетичною активною радіацією (ФАР), вона знаходиться між ультрафіолетовим (УФ) та інфрачервоним (14) випромінюванням.

Проходячи відстань від Сонця до Землі, сонячна радіація дуже змінюється. Одна частина променів відбивається і поглинається хмарами й аерозолями, інша розсіюється. На зовнішній межі атмосфери Землі інтенсивність сонячної радіації становить 1,39 кВт/м² (сонячна константа). Поверхні Землі досягає близько половини (47 %) цієї радіації. Втрачається і фотосинтетичне активна радіація, причому не тільки у верхніх шарах атмосфери, а й безпосередньо в угрупованнях рослин (фітоценозі). Частину радіації рослини відбивають, іншу частину - поглинають, решта її досягає поверхні ґрунту. Так, у посівах кукурудзи 7 % радіації відбивається, 86 - поглинається, 7 % - досягає ґрунту і нагріває його. Коефіцієнт корисної дії (ККД) поглиненої рослинами сонячної енергії невеликий. На фотосинтез використовується всього 1,5 - 4,0 % енергії. Від ефективності використання ФАР залежить урожай культур: чим вона вища, тим більший урожай сільськогосподарських культур.

Одним із перших фітобіологічну продуктивність Землі оцінив професор К.А. Тімірязєв. На основі обліку природних чинників місцевості і кількості сонячної радіації, що надходить, він встановив теоретичну межу використання сонячної енергії - близько 10 %. За сучасними даними, потенційний урожай багатьох культур, у тім числі й зернових, за високого агрофону можна обчислити з урахуванням ККД, що дорівнює 3 - 4 %. За даними М.К. Каюмова, за такого ККД потенційний урожай зернових культур досягає 110 - 115 ц/га. Нині високими вважають урожаї, коли ККД ФАР за весь період вегетації перевищує 2 %.

Роль світла у житті рослин надзвичайно велика. Тільки в дуже небагатьох рослинах із числа автотрофних синтез відбувається за рахунок хімічної енергії неорганічних сполук. Це сіркобактерії, залізобактерії, нітрифікуючі бактерії.

3.2. Тепло як екологічний чинник

Тепло необхідне для існування рослин і тварин. Ріст, розвиток і розмноження різних видів рослин і тварин відбуваються за певних температурних режимів, які відповідають фізіологічним потребам організмів.

Для більшості видів культивованих рослин оптимальна температура коливається від 20 до ЗО °С. Так, для кукурудзи вона становить 25 - ЗО, для томатів - 26, пшениці - 15-20 °С. Різні групи рослин мають свої межі мінімальної і максимальної температур зовнішнього середовища, які вони витримують. Наприклад, мінімальна температура росту огірків - 12 - 15 °С, максимальна - 35 °С, при такій температурі вони перестають рости. Температурний оптимум, найсприятливіший для росту і розвитку огірків, - 27 - 30 °С. Для різних видів сільськогосподарських тварин оптимальна температура повітря коливається від 3 - 5 до 15-20 °С. Слід зазначити, що температурний оптимум залежить не тільки від виду тварини, а й від стадії її онтогенезу. Встановлено, що для дорослих особин великої рогатої худоби температурний оптимум становить 10 - 18 °С, для новонароджених телят - 18 - 20 °С. Дуже високі чи дуже низькі температури навколишнього середовища несприятливо впливають на ріст, розвиток і розмноження рослин і тварин. Під впливом надмірно високих температур у клітинах розкладається білок, змінюється білково-ліпідний комплекс.

Розлад обмінних процесів супроводжується утворенням токсичних продуктів метаболізму. Структура і функції органів і тканин рослин порушуються, розвиваються ознаки захворювань: на листках пшениці з'являються жовті плями, на листках вівса - червоні («запал»). Сильне сонячне проміння може спричинити опіки покривних тканин рослин. Кора плодових дерев, уражена опіками, підсихає, розтріскується, відстає від деревини. Опіки листків можуть виникнути на місці крапель води, що залишилися після дощу або поливання, оскільки вони виконують роль лінзи, яка фокусує сонячні промені в одну точку. Реакція рослин на перегрівання значною мірою залежить від і'х віку. Особливо чутливі до високих температур паростки. Молоді рослини знаходяться близько від поверхні ґрунту і нічим не захищені, а в спекотні сонячні дні ґрунт може нагріватися до високих температур.

Під впливом високих температур у тварин знижується апетит. Наприклад, корови втрачають апетит за температури повітря 41 °С. Перегрівання організму супроводжується гальмуванням його росту і розвитку, зниженням продуктивності. Так, маса тіла телиць, вирощених за температури 27 °С, була на 12 % меншою, ніж вирощених за температури 10 °С. У самок і самців у результаті впливу високих температур може розвинутись безпліддя. Висока температура повітря може спричинити захворювання тварин. Тепловий удар - тяжке захворювання, зареєстроване у коней, великої рогатої худоби, свиней, інших видів тварин. Лімітуючим чинником є не тільки надмірно висока, а й надмірно низька температура навколишнього середовища.

За характером реакції на низькі температури рослини поділяють на холодо- і морозостійкі. Холодостійкими вважають рослини, стійкі до низьких температур до О °С. Рослини, здатні без особливих пошкоджень переносити мінусові температури, належать до морозостійких. Холодо- і морозостійкими є багато видів багаторічних рослин. Так, деревні породи різняться вищою морозостійкістю, ніж озимі злаки. Проте багаторічні деревні рослини можуть пошкоджуватися (морозобоїни) і навіть гинути від морозів. Холодо- і морозостійкість - це властивості рослин, які можуть різко змінюватися залежно від багатьох зовнішніх і внутрішніх чинників. Наприклад, стійкість деревних рослин до холоду різко підвищується у період їх спокою. Ростові процеси значно знижують стійкість рослин, що перезимували, до весняних заморозків. Чутливі до заморозків генеративні органи. Підвищення холодо- і морозостійкості культурних рослин - одна з актуальних проблем агроекології. Для підвищення стійкості рослин до низьких температур вживають різних заходів. Морозостійкість плодових дерев і озимих культур зростає при опти-мізації водного режиму ґрунту.

Одним із дієвих методів є загартування проростаючого насіння і розсади при низькій температурі, що не викликає пошкодження живих тканин. У молодому віці рослини пластичніші і краще пристосовуються до перепадів температури зовнішнього середовища.

Велику увагу приділяють селекції холодостійких сортів. Виведено сорти винограду, які плодоносять у Підмосков'ї, а тим більше у північних областях України (Чернігівській, Сумській). Створюються холодостійкі ранні і дуже ранні сорти кукурудзи, сої.

Серед тварин, як і серед рослин, е тепло- і холодолюбні види. Теплолюбними е верблюди, лами, холодолюбними - одомашнені північні олені. У тварин, підданих впливу холоду, виникають захисні реакції щодо збереження температури тіла зменшенням віддачі тепла крізь шкіру. Тварини згинаються, собаки і кішки згортаються у клубок і тим самим зменшується площа відкритої поверхні тіла. Виділення тепла організмом посилюється при скороченні м'язів.

Фізіологічні можливості терморегулювання в організмі тварин не безмежні. Тривала дія низьких температур призводить до порушення функціонування органів, зниження продуктивності і відтво-рювальної здатності тварин. Зменшується природна резистентність організму, виникають різні захворювання. Особливо часто хворіють новонароджені телята, поросята і ягнята на бронхіт, бронхопневмонію та інші простудні хвороби. За тривалої дії низьких температур порушується терморегуляція, розвивається гіпертонія, виникають паралічі. Можливі обмороження. Насамперед обморожуються вуха, хвіст, соски свині, мошонка, нижні частини кінцівок тварин.

За сильного розладу нервової регуляції і порушення діяльності внутрішніх органів тварини гинуть.

Загартування організму тварин (утримання новонароджених телят у холоді) на фоні належних умов годівлі і догляду за молодняком великої рогатої худоби дає добрі результати.

3.3. Вода як екологічний чинник

Вода дуже поширена на планеті Земля. Дві третини її поверхні займає Світовий океан, в якому зародилося життя. Вода необхідна для підтримання життя. Вона добрий розчинник; до її складу входять мінеральні солі, що містять близько 60 хімічних елементів, без яких життєдіяльність організмів неможлива. У воді розчиняються кисень і вуглекислий газ повітря, що має важливе значення для функціонування біоти. Вода має аномальні фізичні властивості, тому її називають найдивовижнішою рідиною в світі. Зокрема, густина води, як і інших рідин, при охолодженні до певної межі (до 4 °С) спочатку збільшується, а з 4 °С до О °С - зменшується. Якби вода не мала цієї надзвичайної властивості, то крига, щойно з'явившись на поверхні водойми, відразу ж опускалася б на дно і не тільки болота, озера і ріки, а й полярні океани промерзали б наскрізь і населяючі їх організми гинули. Оскільки крига легша за воду, за температури води нижче від О °С водойми вкриваються шаром криги, який захищає водну товщу від подальшого охолодження і тим самим забезпечує умови життя водяних організмів.

Вода - необхідний компонент організмів рослин і тварин. На її частку в середньому припадає 60 - 90 % маси живої речовини. В різних органах І тканинах живих організмів міститься різна кількість води, особливо в органах і тканинах тварин. Так, у кістках її близько 22%, у м'язах - 70 - 80, у крові - близько 90, в емалі зубів - менше за 0,2, а в слині - майже 100 %. Разом із різними хімічними сполуками вода утворює основу цитоплазми клітин рослинних і тваринних організмів. Вона бере активну участь в обміні речовин між організмом і навколишнім середовищем. У процесі життєдіяльності рослини і тварини споживають велику кількість води. Частково вони використовують її для синтезу живої речовини, а більшу частину виділяють у навколишнє середовище. Наприклад, підраховано, що одна корова протягом п'яти років споживає приблизно 90 000 - 100 000 л води; для рослин кукурудзи на площі в один гектар за вегетаційний період потрібно порядку 3 млн 600 тис. л води. Для отримання одного грама сухої рослинної маси використовується від 250 до 400 г води і більше.

3.4. Склад повітря як екологічний чинник

Атмосферне повітря - один з основних життєво важливих елементів природного навколишнього середовища. Воно надійно захищає нашу планету від шкідливих космічних променів, виконує тер-морегулювальні, енергоресурсні та господарські функції. Під дією атмосфери на Землі відбуваються складні геологічні процеси. Вона складається з механічної суміші газів, що хімічно не взаємодіють один з одним. Сукупність метеорологічних процесів в атмосфері називають кліматом. У сухому повітрі об'ємні частки компонентів такі, %: азоту - 78,08; кисню - 20,96; аргону - 0,93; вуглекислого газу - 0,03; інших газів (водню, неону, криптону, радону та ін.) у повітрі дуже мало. У незаповнених водою порах ґрунту міститься повітря, воно також адсорбується поверхнею ґрунтових часточок і розчиняється у ґрунтових водах. Кількість повітря в ґрунті залежить від його типу, структури, будови генетичних горизонтів, пористості, ступеня окультуреності тощо. Склад ґрунтового повітря змінний. Ґрунтове й атмосферне повітря різниться хімічним складом. Об'ємні частки компонентів у ґрунтовому повітрі такі, %: азоту - 78,8; кисню - 5,2; вуглекислого газу - 0,1-1,5, містяться також інертні гази, водяна пара, аміак, а в анаеробних умовах - ще й метан, сірководень та ін. Це пояснюється тим, що в ґрунті відбуваються біологічні та окисно-відновні процеси. Під час розкладання мікроорганізмами органічної маси і дихання корені рослин інтенсивно поглинають кисень і виділяють вуглекислий газ. Вміст кисню і вуглекислого газу в ґрунтовому повітрі залежить від стану ґрунту, його аерації, складу рослинності, коливання температури, тиску повітря, дії вітру, рівня залягання ґрунтових і підґрунтових вод, внесення добрив і певною мірою визначається інтенсивністю газообміну між ґрунтом і атмосферою. На газообмін найбільше впливає дифузія газів. Складом і вмістом повітря в їрунті так само, як вмістом вологи і поживних речовин, визначається врожайність сільськогосподарських культур. Отже, в період вегетації рослин слід дбати про достатню забезпеченість ґрунту повітрям (правильно обробляти ґрунт, поліпшувати структуру орного шару тощо). З усіх газів, які входять до складу атмосферного і ґрунтового повітря, екологічно найцікавішими є кисень і вуглекислий газ. Концентрація цих газів в атмосферному і ґрунтовому повітрі різна і стабільна, що пов'язано з особливостями функціонування біосфери. У процесі синтезу і розпаду органічної речовини біосфера виробляє таку саму кількість кисню і вуглекислого газу, як і витрачає.

Проте в останні роки картина істотно змінюється. Під впливом господарської діяльності людини вміст вуглекислого газу збільшується, що пов'язано насамперед зі згорянням палива, зменшенням площі фотосинтетичної поверхні зелених рослин. Окиснення вуглецю супроводжується споживанням вільного кисню. Витрати кисню з кожним роком зростають. Загроза зменшення вмісту кисню в атмосфері, як вважають науковці, може стати реальною. Як дуже низькі, так і занадто високі концентрації кисню і вуглекислого газу негативно впливають на організми рослин і тварин. Проте зазвичай у природному середовищі зміни концентрації кисню і вуглекислого газу не є згубними для організмів. Це можна спостерігати лише у штучних екологічних системах, наприклад на тваринницьких фермах і комплексах.

Висока концентрація СС>2 у повітрі тваринницьких приміщень призводить до отруєння тварин, особливо молодняку.

У багатьох регіонах земної кулі газовий склад атмосферного повітря змінився в результаті його забруднення хімічними речовинами - викидами промислових підприємств. Таких речовин понад три тисячі. Найбільше і найсильніше атмосфера забруднюється сірчаним ангідридом, оксидами азоту, вуглецю, золою, аерозолями тощо.

У повітря індустріальних районів планети щорічно викидається близько 200 млн т оксиду вуглецю, 150 - сірчаного ангідриду, 120 - золи; 300 - 500 - пилу, 1 млрд т аерозолів та ін.

Під впливом отруйних хімічних сполук пошкоджуються органи і тканини рослин і тварин, виникають хвороби. У рослин гальмується фотосинтез, жовкнуть і обпадають листки, порушується газообмін, затримуються ріст, цвітіння і плодоношення. Зареєстровано випадки сильного ураження картоплі, кукурудзи, томатів, сої, квасолі, люцерни, винограду та інших видів культурних рослин. Крім того, можуть поширюватись грибкові та інші хвороби рослин. Інфекційні хвороби можуть спричинювати і пестициди, особливо в разі перевищення доз і строків їх внесення. Забруднене атмосферне повітря подразнює слизові оболонки очей, губ, дихальних шляхів тварин, спричинює запалення носа, бронхів, легенів тощо. Пестициди призводять до порушення обміну речовин, інтоксикації організму тварин. Зареєстровано випадки отруєння чадним газом собак і кішок, які утримуються в квартирах.

Захист рослин, тварин і людей від шкідливого впливу забрудненого хімічними речовинами атмосферного повітря - складна екологічна проблема, її намагаються вирішити фахівці різних професій. Проводяться заходи щодо захисту атмосферного повітря й очищення його від викидів промислових підприємств. Велику увагу приділяють удосконаленню очисних споруд, створюють підприємства, які працюють за безвідходними технологіями.