Биоценоз границы лесной экосистемы
Доклад
Агроэкология как комплексная научная дисциплина призвана изучать взаимодействие человека с окружающей средой в процессе сельскохозяйственного производства. Трансформируя природную среду в своих целях, человек не может создать закрытую систему, не имеющую связей с внешней средой: создание рациональных агроценозов не всегда сопровождается грамотным использованием остальных биоценозов. Важно анализировать направленность, характер и последствия взаимодействия агропромышленного комплекса с окружающей природной средой и отдельными ее компонентами.
В агроценозе результаты хозяйственной деятельности следуют довольно быстро, последствия воздействий – несколько позже. Зная механизмы связей агроценоза с внешней средой, можно предугадать эти последствия, управлять ими. В этом смысле механизмы малой экосистемы могут быть перенесены на более крупную, и глобальную, поскольку экологические законы универсальны.
Целью исследований моей работы стало изучение особенностей биоценоза предполагаемой границы естественной и искусственной экосистем.
В задачи вошло
-определение видового состава фитоценоза и зооценоза предполагаемой границы;
- изучение динамики видового состава;
- рассмотрение биоценоза границы лесной экосистемы и агроэкосистемы как результата взаимодействия естественной и искусственной экосистем.
В качестве исследуемой агроэкосистемы было выбрано опытное поле Института агроэкологии, где было заложено восемь учетных площадок. Площадки были размещены на границе поля и лиственного леса. (Схема) Размер площадок – 2х5 м, расстояние между площадками – 50м.
В 2002-2003 годах изучался видовой состав растительности и насекомых на площадках. Наблюдения велись с 1 июня по 20 июля.
Видовой состав травянистой растительности насчитывает 29 видов. (Таблица 1)
При этом число видов на учетных площадках колеблется от 5 до 14, В 2002 году в среднем на площадке было 8,8 вида, в 2003 – 9,8 вида. На 4х площадках из восьми в течение двух леи видовой состав не изменился. В составе энтомофауны было обнаружено 22 вида насекомых, из них 14 видов фитофагов, причем вредители составляют 79% от этого количества. Среднее количество видов на площадке увеличилось с 6 в 2002 году до 8 в 2003 году, но в целом количество видов уменьшилось.
Анализ сообществ учетных площадок с экологической точки зрения предполагает определение видового сходства и видового разнообразия фито- и зооценоза. С этой целью были рассчитаны коэффициент видового сходства Жаккара и коэффициент видового богатства, используемые при экологических исследованиях.
Были получены следующие значения (Таблица 2)
Коэффициент видового сходства травянистой растительности на 8 площадках попарно, 2002г.
|
площадка |
1 |
2 |
3 |
4 |
5 |
6 |
7 |
8 |
|
1 |
1 |
0,23 |
0,31 |
0,13 |
0,21 |
0,23 |
0,06 |
0,06 |
|
2 |
1 |
0,31 |
0,00 |
0,19 |
0,09 |
0,23 |
0,08 |
|
|
3 |
1 |
0,29 |
0,41 |
0,13 |
0,31 |
0,27 |
||
|
4 |
1 |
0,25 |
0,83 |
0,21 |
0,15 |
|||
|
5 |
1 |
0,12 |
0,53 |
0,31 |
||||
|
6 |
1 |
0,23 |
0,70 |
|||||
|
7 |
1 |
0,33 |
||||||
|
8 |
1 |
|||||||
|
Среднее значение коэффициента – 0,257 |
Коэффициент видового сходства травянистой растительности на 8 площадках попарно, 2003г.
|
площадка |
1 |
2 |
3 |
4 |
5 |
6 |
7 |
8 |
|
1 |
1 |
0,27 |
0,24 |
0,06 |
0,20 |
0,21 |
0,11 |
0,11 |
|
2 |
1 |
0,33 |
0,07 |
0,28 |
0,14 |
0,27 |
0,12 |
|
|
3 |
1 |
0,29 |
0,25 |
0,20 |
0,31 |
0,31 |
||
|
4 |
1 |
0,24 |
0,20 |
0,21 |
0,55 |
|||
|
5 |
1 |
0,40 |
0,50 |
0,33 |
||||
|
6 |
1 |
0,55 |
0,31 |
|||||
|
7 |
1 |
0,33 |
||||||
|
8 |
1 |
|||||||
|
Среднее значение коэффициента – 0,264 |
Таблица 8 –Коэффициент видового сходства травянистой растительности для каждой площадки в сравнении данных 2002 и 2003 гг.
|
площадка |
1 |
2 |
3 |
4 |
5 |
6 |
7 |
8 |
|
коэффициент |
1,00 |
0,67 |
0,69 |
1,00 |
0,93 |
0,63 |
1,00 |
0,80 |
Анализируя значения коэффициентов видового сходства Жаккара, можно отметить, что в 2002 году его среднее значение для площадок составляло 0,257. Это указывает на невысокую степень сходства травянистой растительности на площадках. Наибольшее значение коэффициента Жаккара отмечается между тремя парами площадок: 6 и 4 (0,83), 7 и 5 (0,53), 6 и 8 (0,70). В 2003 году ситуация изменилась: наибольшее значение коэффициента зафиксированы между площадками 7 и 5 (0,50), 7 и 6 (0,55), 4 и 8 (0,55). Можно отметить, что при практически постоянном среднем значении коэффициента видового сходства, распределение его по площадкам меняется: в 2002 году наблюдается больший разброс значений при существовании высоких коэффициентов (0,83; 0,70), а в 2003 году наибольший коэффициент не превышает 0,55 единиц, однако остальные значения более усреднены. Таким образом, сходство видов на площадках за два года возросло.
Сравнивая видовой состав травянистой растительности 2002 года на каждой площадке с видовым составом на ней же в 2003 году, выясняем, что коэффициент видового сходства в трех случаях равен единице (в этих случаях видовой состав не изменился), на остальных пяти площадках коэффициент видового сходства превышает 60%. Это указывает на стабильность видового состава площадок, а также высокую степень сходства видового состава.
Существует коэффициент, обратный коэффициенту видового сходства, используемый в экологических исследованиях. Он отображает видовое богатство группировок.
Рассматривая коэффициент разнообразия растительных сообществ площадок были установлены его изменения (Таблица).
Коэффициент видового богатства растительности на учетных площадках в 2002 и 2003 годах
|
Номера учетных площадок |
||||||||
|
год |
1 |
2 |
3 |
4 |
5 |
6 |
7 |
8 |
|
2002 |
4,3 |
2,6 |
4,8 |
3,0 |
5,7 |
2,2 |
4,3 |
3,5 |
|
2003 |
4,3 |
3,9 |
4,8 |
3,0 |
6,1 |
3,0 |
4,3 |
4,3 |
В четырех случаях из восьми коэффициент видового богатства остался неизменным, в остальных повысился. Это подтверждают данные о среднем количестве видов на площадке: в 2002 году оно составляло 8,75 видов, в 2003 – 9,75 видов.
Однако рассмотрение видового состава в целом на восьми площадках позволяет установить его неизменность: в 2002 и 2003 году количество видов равно 29. Следовательно, рост коэффициентов богатства и сходства свидетельствует об увеличении концентрации видов на площадках.
Исследование энтомоценоза, помимо установления видового состава и структуры сообщества, также включало рассмотрение разнообразия, его изменений. Сравнительный анализ группировок беспозвоночных на учетных площадках производился с применением расчета коэффициента видового сходства Жаккара попарно по всем площадкам в течение двух лет. Результаты представлены в таблицах.
Коэффициент фаунистического сходства группировок беспозвоночных на 8 площадках попарно, 2002 г.
|
площадка |
1 |
2 |
3 |
4 |
5 |
6 |
7 |
8 |
|
1 |
1 |
0,00 |
0,20 |
0,00 |
0,09 |
0,22 |
0,13 |
0,10 |
|
2 |
1 |
0,17 |
0,22 |
0,08 |
0,08 |
0,10 |
0,09 |
|
|
3 |
1 |
0,44 |
0,07 |
0,25 |
0,18 |
0,15 |
||
|
4 |
1 |
0,18 |
0,09 |
0,11 |
0,09 |
|||
|
5 |
1 |
0,36 |
0,18 |
0,00 |
||||
|
6 |
1 |
0,20 |
0,00 |
|||||
|
7 |
1 |
0,33 |
||||||
|
8 |
1 |
|||||||
|
Среднее значение коэффициента – 0,153 |
Коэффициент фаунистического сходства группировок беспозвоночных на 8 площадках попарно, 2003 г.
|
площадка |
1 |
2 |
3 |
4 |
5 |
6 |
7 |
8 |
|
1 |
1 |
0,17 |
0,30 |
0,21 |
0,23 |
0,36 |
0,18 |
0,25 |
|
2 |
1 |
0,30 |
0,30 |
0,33 |
0,23 |
0,08 |
0,07 |
|
|
3 |
1 |
0,43 |
0,36 |
0,29 |
0,14 |
0,29 |
||
|
4 |
1 |
0,36 |
0,29 |
0,14 |
0,29 |
|||
|
5 |
1 |
0,31 |
0,15 |
0,31 |
||||
|
6 |
1 |
0,27 |
0,45 |
|||||
|
7 |
1 |
0,27 |
||||||
|
8 |
1 |
|||||||
|
Среднее значение коэффициента – 0,266 |
Рассматривая величины коэффициентов видового сходства, имеющихся для каждой площадки в сравнении с остальными, можно проследить изменения этих величин.
Анализ полученных коэффициентов видового сходства Жаккара показывает, что в 2002 году его среднее значение для всех площадок составляет 0,15 (таблица). Это говорит о низкой степени сходства насекомых на данной территории. Наибольшее значение коэффициента Жаккара отмечается между следующими парами площадок: 3 и 4 (0,44), 5 и 6 (0,36), 7 и 8 (0,33), то есть между соседними площадками. В остальных случаях видовое сходство группировок беспозвоночных либо весьма невелико, либо полностью отсутствуют.
В 2003 году видовое сходство группировок беспозвоночных становится выше (таблица). Об этом свидетельствует как среднее значение коэффициента Жаккара, составляющее 0,26 единиц, так и большее количество пар учетных площадок, на которых коэффициент возрос. Можно отметить большее количество общих видов насекомых не только на соседних площадках (3 и 4, 4 и 5), но и на более удаленных друг от друга (2 и 5, 1 и 6, 6 и 8).
Сравнивая величины коэффициента с аналогичными в сообществах травянистой растительности, можно отметить, что в случае с энтомофауной изменения коэффициента более заметны. Это объясняется, помимо специфических процессов в сообществах, подвижностью насекомых, большей способностью к перемещению.
Изменения коэффициента видового сходства на каждой площадке за два года исследований представлено в таблице.
Коэффициент видового сходства беспозвоночных для каждой площадки в сравнении данных 2002 и 2003 гг.
|
площадка |
1 |
2 |
3 |
4 |
5 |
6 |
7 |
8 |
|
коэффициент |
0,22 |
0,86 |
0,50 |
0,36 |
0,55 |
0,67 |
0,38 |
0,36 |
Анализ данных таблицы показывает, что на четырех площадках из восьми значение коэффициента превышает 50%. Это говорит о стабильной и высокой степени сходства видового состава насекомых этих биотопов. Можно предположить, что в местах расположения этих площадок сложились схожие условия (абиотические и биотические), не изменившиеся за два года наблюдений. На других четырех площадках коэффициент Жаккара составлял 0,22… 0,38 единиц. Вероятно, изменения в видовом составе стали следствием перемены какого-либо экологического фактора или их совокупности.
Итак, по сравнению с 2002 годом, в 2003 году общее сходство беспозвоночной фауны на исследуемых площадках увеличилось.
Оценить видовое богатство на каждой площадке позволяет коэффициент видового разнообразия. Значения коэффициента видового богатства беспозвоночных на учетных площадках представлены в таблице
Коэффициент видового богатства беспозвоночных на учетных площадках в 2002 и 2003 годах
|
Номера учетных площадок |
||||||||
|
год |
1 |
2 |
3 |
4 |
5 |
6 |
7 |
8 |
|
2002 |
1,7 |
2,6 |
3,5 |
2,2 |
3,5 |
3,0 |
2,2 |
3,0 |
|
2003 |
3,0 |
3,0 |
4,3 |
4,3 |
3,9 |
3,5 |
2,6 |
3,5 |
Как показывает таблица, коэффициент видового богатства в 2002 году находился в пределах 1,7…3,5 (среднее значение – 2,7), в 2003 году – в пределах 2,6…4,3 (среднее значение – 3,5). На тех площадках, где коэффициент d был выше, по сравнению с остальными, в 2002 году, отмечаются наибольшие его значение в 2003 году (площадки 3,5,6,8). Можно отметить, что на каждой площадке в 2003 году коэффициент видового богатства увеличился в среднем на 0,8 единиц, причем наибольший прирост отмечается на тех площадках, где в 2002 году коэффициент d был самым низким.
Результаты анализа предполагают существование разнообразие фауны, которое повышается, что подтверждается присутствием на площадке в среднем шести видов в 2002 году и восьми видов в 2003году.
Однако, анализ трофической структуры и видового состава сообществ площадок показывает, что общее количество видов на площадках не увеличилось, а даже уменьшилось, составив 21 вид в 2003 году, по сравнению с 2002 годом.
Уменьшилось на один вид количество фитофагов, количество вредителей сельскохозяйственных культур среди них осталось постоянным, но процент их в трофической структуре возрос. Количество хищников, опылителей, копрофагов и паразитов осталось неизменным. Следовательно, увеличение коэффициентов сходства на площадках отражает не появление новых видов, а увеличение концентрации прежних обитателей на площадках. Причем, как показывает анализ трофической структуры, населенность площадок увеличивается за счет фитофагов, которые имеют наибольшую численность в сравнении с другими элементами биоценоза.
Постоянство видового состава насекомых, практически не меняющееся их количество говорит об имеющемся прессе со стороны энтомофагов, но увеличение концентрации вредителей, расселение по площадкам демонстрирует потенциал их популяций, успешную приспособляемость к условиям обитания.
Таким образом, биоценоз границы агроценоза и лесной экосистемы существует в совокупном действии двух сил. Одна из них определяет абиотические факторы существования, структуру почвы, необходимость видового разнообразия, упорядочения экологических ниш, способность системы к самосохранению. Это естественная экосистема, включающая лиственный лес, на опушке которого расположены учетные площадки. Сила другого направления имеет в истоке антропогенную деятельность. Она отражает существование сорных растений и вредителей, их распространение на территории за пределами непосредственного воздействия человека, однообразие видового состава, нарушение естественной структуры связей в экосистеме.
Соприкосновение, а затем взаимное проникновение двух систем друг в друга влечет изменения, позволяющие выделить биоценоз границы экосистем, которая возникает в результате нерационального землепользования, существует вопреки воле земледельца, являясь резерватом сорняков, болезней и вредителей, и ликвидируется только с прекращением деятельности и под воздействием естественной экосистемы.
Особенности такого биоценоза включают однообразие видового состава, наличие в сообществах значительной доли элементов агроценоза. Само существование пограничного биотопа, включающего большое количество вредоносных видов, говорит о нарушении экологических связей, ширина такой зоны будет увеличиваться с утверждением нерационального подхода в экосистемах.
Выводы
1. Видовой состав энтомоценоза и фитоценоза исследуемой территории постоянен, включает значительное количество вредоносных видов (62% фитоценоза и 79% энтомоценоза), что говорит о наличии этих видов в пределах агроценоза, их накоплении.
2. Динамика видового состава сообщества отражает увеличение сходства в пределах биоценоза и уменьшение биоразнообразия. Коэффициент видового сходства группировок беспозвоночных составлял в 2002 году 0,15 единиц, в 2003 году – 0,27 единиц, в растительном сообществе этот показатель составил 0,26 единиц.
3. Взаимодействие естественной и искусственной экосистем отражено в биоценозе границы, который представляет собой биотоп, сочетающий в себе элементы агроценоза и природной экосистемы. Биоценоз границы формируется в результате антропогенной деятельности, но поддерживается силами природной экосистемы. Нарушение экологических связей демонстрируется присутствием значительной доли вредоносных видов, отсутствием разнообразия в видовой структуре сообществ, увеличением видового сходства.
Предложения производству
Преобразование природной экосистемы и дальнейшее ее использование как агроэкосистемы требует рационального подхода не только в пределах агроценоза, но и в окружающей его природной среде. Такой подход подразумевает максимальное сохранение природных свойств системы, экологических связей, предотвращение загрязнений и значительного снижения биологического разнообразия. Для выполнения этих условий необходимо постоянное наблюдение за состоянием агроценоза и сопредельной природной экосистемы. Значительная роль в таком мониторинге принадлежит наблюдению особенностей биоценоза условной границы естественной и искусственной экосистем.
Несовершенство технологии возделывания, злоупотребление средствами химизации, пренебрежение почвозащитными и мелиоративными мероприятиями, потребительское отношение к агроэкосистеме снижает потенциал агроценоза и сопредельной природной экосистемы. В этом случае пограничная зона становится резерватом инфекций, вредоносных видов, способных усугубить негативные процессы в агроэкосистеме. Напротив, целесообразность и качественное выполнение технологических операций, мероприятия по оздоровлению агроценоза положительно влияет на функционирование окружающей природной экосистемы. В этом случае граница естественной и искусственной экосистем становится резервом биологического разнообразия.
Итак, являясь результатом взаимодействия двух биоценозов, такая граница отражает информацию о состоянии экологических связей в системах, степени антропогенного воздействия на окружающую среду, присутствии и деятельности вредоносных видов. Используя такую информацию, земледелец получает сведения о результатах своего труда и возможность планирования необходимых мер в агроэкосистеме для усовершенствования технологии производства, повышения его рентабельности, сохранения лучших показателей агроценоза.