Биоценоз и агроценоз
Статья написана Павлом Чайкой, главным редактором журнала «Познавайка». С 2013 года, с момента основания журнала Павел Чайка посвятил себя популяризации науки в Украине и мире. Основная цель, как журнала, так и этой статьи – объяснить сложные научные темы простым и доступным языком
Природа и мы… Нередко это сочетание звучит как неизбежное противопоставление. Но все чаще человек стремится избегнуть его. Есть здесь пути старые, казалось бы, испытанные, а есть и новые. О новой комплексной отрасли современного естествознания — агроценологии, родившейся на стыке биоценологии, почвоведения, геологии и географии мы поговорим с академиком Меркурием Сергеевичем Гиляровым.
— Меркурий Сергеевич, мы знаем, что термин «биогеоценоз» ввел в научный оборот академик В. Н. Сукачев, понятие же «агроценоз» родилось сравнительно недавно. В чем же разница между био- и агроценозами?
— Исследования в этой области ведутся уже более ста лет. Когда немецкий биолог К. Мебиус в конце семидесятых годов XIX века, исследуя сообщества устричных банок в Северном море, предложил называть их биоценозами, он, вероятно, не думал, что понятие это затем станет одним из главных в биологии и экологии. Тем не менее, именно тогда началось изучение биоценозов как комплексов связанных между собой организмов, сосуществующих при определенных условиях. Лишь шестьдесят лет спустя академик В. Н. Сукачев доказал, что нельзя рассматривать сообщества животных и растений (биоценозы) в отрыве от среды их обитания (биотопов). Он считал, что биогеоценоз — это совокупность на известном протяжении земной поверхности однородных природных явлений (атмосферы, горных пород, растительности, животного мира, мира микроорганизмов, почвы и гидрологических условий), имеющих свою особую специфику.
(И надо помнить, что каждое растение, дерево, цветок не живут сами по себе, а являются частью биологической системы, поэтому когда вы, к примеру, собираетесь семена клематиса купить, а затем посадить их у себя в саду и вырастить красивый цветок клематис, таким образом, вы тоже оказывает свое, пусть и маленькое но все же влияние на биоценоз. И к слову семена растений удобно покупать на сайте компании Беккер).
Большое значение исследования в этой области приобрели в середине прошлого века, когда заметно проявились отрицательные последствия вмешательства человека в природную среду. Стало понятно, что нужен комплексный научный подход к использованию сельскохозяйственных угодий. Это и есть сфера агроценологии. Основное отличие агробиоценозов от скопления организмов — это связь всех компонентов агроценоза между собой многообразными взаимоотношениями, главным образом пищевыми (образующими цепи питания — трофические связи). Но связи эти уже нарушены человеком, они обусловлены нашим внедрением. Поэтому агроценоз в большой степени зависит от нашей воли…
— Искусственно создаваемые агробиоценозы рождаются в зоне сельскохозяйственной деятельности. Человек облегчает выживание только возделываемого растения, все же остальные части сообщества (другие растения, насекомые, разнообразные животные) находятся в неблагоприятных условиях. Структура агроцензов сложна, у них особая история развития. Можно ли говорить об их связи с естественными биогеоценозами или же они существенно отличаются от них?
— Их связь несомненна. Человек не выдумал никаких новых биологических законов развития жизни. И сегодня основа существования всего живого — поток солнечной энергии и круговорот химических элементов. Как в естественных, так и в искусственных сообществах все организмы, входящие в них, взаимосвязаны, а основой цепей питания служат зеленые растения. В этом та общность, о которой мы не вправе забывать. Однако у агроценозов есть ряд важных особенностей, которые превращают их в новые природные системы, живущие в особом режиме и по своим законам. Если у естественных биогеоценозов нет никакой «социальной задачи» и природа, существовавшая до появления человека, регулировалась исключительно по законам естественного отбора, то в агроценозах ситуация иная.
Агробиоценозы могут жить лишь при постоянной поддержке человека. Мы обрабатываем почву, вносим удобрения, применяем гербициды и инсектициды, мелиорируем почву, ухаживаем за растениями. Затраты энергии, идущей на помощь растениям, с каждым годом все возрастают и уже сейчас составляют около десяти процентов от энергии, аккумулированной в урожае.
Поскольку в агробиоценозах вместе с урожаем с полей изымается часть органических веществ и химических элементов и они не возвращаются в почву, то по сравнению с естественными биогеоценозами в них нарушается биологический круговорот (фундамент жизни любого биоценоза) и беднеет почва. Для компенсации этих процессов используется весь арсенал современного земледелия с его разнообразными системами обработки почв, севооборотами, внесением минеральных и органических удобрений, выбором сельскохозяйственных культур и сортов растений.
В естественных биогеоценозах есть сложный многовидовой растительный покров, многочисленные популяции различных насекомых, червей и позвоночных. Структура агробиоценозов всегда упрощенная. Это естественно, так как мы возделываем в большинстве случаев только один вид или сорт растения и прилагаем большие усилия для борьбы с сорняками и вредителями, попутно уничтожая полезных насекомых и сопутствующие растения. Обеднение структуры агробиоценозов ведет к тому, что они, несмотря на постоянную заботу человека, теряют способность к саморегуляции, становятся неустойчивыми. Без постоянной помощи человека агробиоценозы теряют равновесие.
Устойчивость естественных биогеоценозов к изменению внешних условий (температуры, влажности, почвенных показателей) и нарушению баланса отдельных популяций в его составе (катастрофическое развитие вредных насекомых и болезней растений) объясняется сложностью структуры этих сообществ. Изменение численности любого вида в сложных ценозах, как правило, не приводит к их гибели, а лишь вызывает изменение межвидовых связей. Противоположную картину мы видим в предельно простых искусственно созданных агробиоценозах, основанных зачастую на одном доминантном виде культурного растения. Структура их предельно упрощена, и изъятие доминирующего вида полностью разрушает агробиоценоз. Например, вспышка численности насекомого, повреждающего возделываемый вид растения, может привести к сплошному уничтожению культурных посевов и гибели агробиоценоза.
Поэтому агробиоценозы очень чувствительны к внешним воздействиям. Изменение водного баланса, химического состава почвы и атмосферы, резкие перепады климата влияют и на отдельные элементы естественных биогеоценозов, но для упрощенных, монокультурных агробиоценозов могут оказаться просто губительными. Всем известно, как капризны порой бывают селекционные высокопродуктивные сорта культурных растений, даже более стойких злаков.
Агробиоценология помогает нам бороться с отрицательными последствиями узкой специализации сельскохозяйственных посевов. Для этого агробиоценозы обогащаются полезными видами, то есть мы частично компенсируем исчезнувшие природные звенья. Чтобы обеспечить агробиоценозы способностью к саморегуляции, мы усложняем сельскохозяйственные ландшафты. Высаживая полезащитные лесополосы, высевая на окраинах полей медоносы (для подкормки опылителей и полезных энтомофагов), вводя в севооборот травосмеси, мы помогаем агробиоценозам сохранять естественную устойчивость, уменьшаем затраты на химическую борьбу с вредителями, сохраняем окружающую среду от загрязнения.
В современном мире влияние человека на биосферу весьма разнообразно. В процессе своей сельскохозяйственной деятельности на протяжении многих веков человек активно изменяет окружающую среду, и постепенно естественные биогеоценозы на все больших площадях вытесняются агробиоценозами. Уже сегодня пашни и пастбища занимают около тридцати процентов суши.
Быстрый рост народонаселения, создание новых высокоурожайных сортов и техники их возделывания, огромный размах мелиоративных и землеустроительных работ ставят вопрос о качественно новом уровне и последствиях вмешательства человека в природные процессы.
Зная и используя основные законы развития агробиоценозов, мы решаем главную задачу «хозяйственной» биологии: создаем из полезных человеку видов сбалансированные сообщества, дающие максимальный урожай. Задача эта комплексная. Над ее решением сейчас работают и должны работать специалисты самых разных отраслей знания: биологи, экономисты, химики — производители минеральных удобрений и химикатов, географы. Каждая из этих областей знаний может дать новую, необходимую информацию для агроценологии и, значит, помочь становлению новой науки.
— В чем же состоит стратегия создания агроценозов?
— Единой стратегии здесь быть не может. Каждый случай требует отдельного решения. Связи в агроценозах многообразны. Изучить их все, даже в одном сообществе, сложно и дорого. Наука идет здесь по пути изучения отдельных наиболее важных комплексов связей. Подчеркиваю, в агроценозе нужно сначала выделить главные связи, нащупать его «скелет» и вести строительство агроценоз в соответствии с этим «скелетом».
Эта структура мне видится в следующем: растительные сообщества — вредные и полезные насекомые — почва — почвенные биоценозы.
Причем во всех звеньях структуры идет перестройка: например, резкая перестройка комплекса растительноядных насекомых (фитофагов). По пищевой специализации, по длине цикла развития и по способности к расселению можно предсказать, какие местные виды могут стать опасными вредителями той или иной культуры. Прогнозы размножения вредителей делались как при введении в культуру новых видов растений (каучуконос, соя, кенаф), так и в отношении районов нового освоения, например во многих районах Узбекистана, в Голодной степи, в Целинном крае.
Массовое размножение вредителей в саморегулирующихся биогеоценозах сдерживается их естественными врагами — энтомофагами. В монокультурных агробиоценозах насекомые, повреждающие культурное растение, получают преимущественные условия развития. Здесь есть все необходимое для их жизни. Сдерживающие их развитие энтомофаги, наоборот, угнетены. Это объясняется тем, что энтомофагам для их жизнедеятельности нужна дополнительная пищевая база. Поэтому здесь численность вредителей не регулируется энтомофагами, их естественными врагами, и для сохранения урожая человек вынужден сам вести борьбу с вредителями и возбудителями болезней культурных растений.
Химические методы борьбы часто не дают желательного эффекта, поскольку избирательная способность всех пестицидов ограничена и их применение ведет к уничтожению не только объекта борьбы, но и к гибели червей, насекомых-опылителей и, что особенно важно, к гибели энтомофагов — наших естественных помощников. При этом вредители размножаются быстрее, чем полезные насекомые, и дают новую вспышку численности. И вновь появляется нужда в химической обработке полей. Одновременно агробиоценозы обедняются, в них нарушаются процессы саморегуляции, снижается плодородие почв. Это лишь один из многочисленных примеров нарушения структуры агроценоза.
Но структуру можно и поддержать. В этом сегодня стратегия агроценологии. Это можно сделать, создавая полезащитные насаждения, проводя безотвальную обработку почв, этим мы помогаем энтомофагам. Так рождаются сложные цепи питания, снижается вероятность массового размножения вредителей. Интегрированная борьба поможет сохранить урожай и предохранить среду от химического загрязнения.
Около пятидесяти лет назад на Черноморское побережье Кавказа была завезена особая божья коровка из Австралии. Дело в том, что цитрусовые культуры поражаются вредителем австралийским жлобчатым червецом. Божья коровка справилась с ним лучше, чем ядохимикаты.
На Северном Кавказе растет амброзия — очень агрессивный сорняк. Амброзия губит сельскохозяйственные культуры, быстро размножается, захватывая все новые пространства, пыльца ее вызывает у многих людей аллергический ринит и астму. У нее есть враг — специфический жук-листоед. Ест он только листья амброзии и не опасен для культурных насаждений. Сейчас ведутся успешные опыты по его акклиматизации.
Интересным представляется опыт применения биологической борьбы с гусеницами, вредителями плодовых, зерновых и технических культур. Истребляют этих вредителей наездники-яйцееды — трихограмма. Правда, поскольку для каждого вида гусениц подходит только один, свой вид, подвид или раса наездника, метод пока капризный и относительно сложный.
Особенно широко используются биологические методы борьбы в условиях искусственных насаждений в теплицах, где основные вредители овощных культур — это тли. По санитарно-гигиеническим соображениям химическую борьбу с ними вести нельзя, зато выпуск личинок златоглазки обыкновенной, которые питаются тлями, дает ощутимый эффект в борьбе с вредителем.
— Вы рассказали об одном элементе структуры агроценозов. Как же помочь другим слагаемым агроценозов, в частности почве?
— Сегодняшнюю ситуацию с почвой может пояснить пример, показывающий состояние наших черноземов, которые являются эталоном плодородия почв. Куб чернозема, взятый в заповедном участке (есть и такой — земля тут не пашется и не возделывается с начала XIX века), заметно отличается от такого же куба, но взятого с колхозного поля. Толщина плодородного гумусного слоя в таком кубе почти на треть меньше, на нем нет растительной подушки — обильного переплетения корней трав, которые предохраняют чернозем от выветривания и обеднения, сама фактура его более простая. В почве как черноземных, так и нечерноземных областей снижается содержание полезного гумуса.
Почве мы можем помочь, создавая в ней искусственные биоценозы, заселяя ее дождевыми червями. Эти по традиции считающиеся не очень симпатичными существа настолько ценны, что в США, Японии и на Филиппинах их искусственно разводят в коммерческих целях. На специальных фермах черви живут в кучах навоза, достигая в верхнем слое (до пяти сантиметров) численности около трех тысяч особей на один квадратный метр бурта!
Интересно, что разложение компоста проходит при заселении дождевыми червями в четырнадцать раз быстрее, чем без них. Черви перерабатывают и превращают в хорошее удобрение органические отбросы, ил канализационных вод, свиную навозную жижу. В результате такой переработки эти вещества утрачивают дурной запах, освобождаются от вредной микрофлоры, приобретают агрономически ценную зернистую структуру, утрачивают токсичность. Поэтому стоит разводить червей, которые способны жить в данном районе. Примеров этому много. Так, в Средней Азии посевы люцерны на землях артезианского орошения искусственно заселили дождевыми червями, которых, разумеется, раньше не было на неорошаемых площадях пустыни. Черви прижились и стали перерабатывать гниющие остатки растений на орошаемых участках.
Автор: Меркурий С. Г.