ECOSISTEMUL AGRICOL - biotopul si biocenoza agricola, clasificarea ecosistemelor agricole

ECOSISTEMUL AGRICOL

1 Concept, definitii

Conceptul de ecosistem agricol sau agroecosistem, a fost elaborat acum patru decenii (dupa 1965), ca urmare a aplicarii studiului sistemic din ecologie in fenomenele din agricultura (W. Tischler, 1965; E.P.Odum, 1971; M.J. Müller, 1976; I. Puia, V. Soran, 1987).

Ecosistemele agricole constituie unitati functionale ale biosferei create de om cu scopul obtinerii de productii agricole.

Intrucat, in majoritatea ecosistemelor agricole, productivitatea se realizeaza printr-un

cadru natural, in interdependenta cu factorii de mediu, se poate afirma ca sistemele biologice ce au ca scop realizarea de produse agricole se numesc sisteme agricole sau ecosisteme agricole.

Ecosistemele agricole prezinta insusiri specifice:

1. sunt create de om si existenta lor depinde de acesta;

2. structura si functiile ecosistemelor agricole sunt dirijate de om pentru obtinerea unei cantitati maxime de biomasa necesara societatii umane;

3. omul imprima agroecosistemului o structura trofica de o diversitate mai mica si un circuit de substanta si energie schimbat sub aspectul intensificarii sau al inhibarii unor procese;

4. analiza sistemica a ecosistemelor evidentiaza faptul ca cele naturale sunt autoreglabile, iar cele agricole sunt reglate antropic.

2. Biotopul si biocenoza agricola

Biotopul agricol este reprezentat de totalitatea terenurilor cultivate si a pajistilor create de om sau aparute in urma activitatilor sale, care corespund intr-o masura cat mai mare cerintelor biologice ale plantelor de cultura sau animalelor domestice.

Biotopul agricol ocupa cele mai bune terenuri, extinzandu-se pe cca 30% din suprafata uscatului, din care 1/3 revine culturilor agricole si circa 2/3 pajistilor.

Se apreciaza ca numai 7% din biotopurile terestre au toate caracteristicile potrivite pentru agricultura (G.W. Cox si M.D. Atkins, 1979). Rezulta ca agricultura foloseste in prezent cele mai potrivite biotopuri dezvoltarii sale.

Biocenoza agricola este alcatuita din totalitatea organismelor vii dintr-un ecosistem agricol

Este impusa in cea mai mare parte de om in functie de scopul pe care-l urmareste.

Intr-un biotop agricol omul cultiva o anumita specie de plante sau creste o anumita specie de animale domestice. In activitatea sa practica, omul incearca sa elimine din biocenoza agricola acei componenti ce nu sunt doriti, care ar putea concura sau chiar consuma plantele sau animalele utile lui. Astfel, structura si compozitia biocenozelor agricole sunt mai simple decat in biocenozele naturale.

Spre deosebire de ecosistemele naturale, cele agricole sunt mai usor de delimitat topografic.

Biocenozele ecosistemelor agricole se deosebesc de cele ale ecosistemelor naturale in primul rand prin originea speciilor ce le compun.

Ecosistemele naturale sunt alcatuite din specii autohtone, proprii zonei biogeografice respective, in timp ce cele agricole sunt formate de regula dintr-o singura specie, care este straina de acea zona.

Datorita reducerii numarului de specii si a originii lor (de multe ori din regiunile mai calde decat in care se cultiva) este necesara crearea unor biotopuri agricole specifice.

Prin aplicarea diverselor tehnologii, biotopul agricol este mentinut intr-o stare asemanatoare cu aceea a stadiului de pionierat, ce se caracterizeaza printr-un numar redus de specii colonizatoare, productia relativ redusa de substanta organica, lanturi trofice scurte si numar redus de organisme detritivore.

Astfel, exista tendinta de crestere a vitezei schimbarilor spre o stare de echilibru (maturitate), ceea ce inseamna o instabilitate a stadiului de pionierat.

Biocenozele agricole sunt mai usor supuse invaziilor, mai usor distruse decat biocenozele naturale.

Pe de alta parte, constituirea biocenozelor agricole este determinata mai mult de cerintele economice si mai putin de normele ecologice, avand ca rezultat scindarea biocenozei in niveluri trofice independente, cu intreruperea ciclurilor biogeochimice ce trebuie mentinute artificial de om, cu cheltuieli ridicate de energie.

In ecosistemele agricole, ca si in cele naturale, functioneaza cele 3 fluxuri fundamentale: de energie, de substanta si de informatie, dar mult influentate de catre om.

Fluxul de energie a fost intensificat prin introducerea energiei combustibililor fosili, a celei nucleare si a electricitatii, marind considerabil productivitatea, dar si emisiile de poluanti.

Fluxul de substanta a fost amplificat prin utilizarea de ingrasaminte si pesticide;

Fluxul informational a fost imbunatatit prin cantitatea de informatii datorata progresului stiintei si tehnicii actuale.

Comparand ecosistemele agricole cu cele naturale mature se sesizeaza cateva deosebiri esentiale:

- lanturile trofice sunt scurte in ecosistemele agricole si lungi, complexe in ecosistemele naturale;

- stratificarea este slaba in ecosistemele agricole si pronuntata in ecosistemele naturale;

- diversitatea de specii este foarte mica in ecosistemele agricole si foarte mare in ecosistemele naturale;

- mecanismele de reglare a populatiilor sunt antropice in ecosistemele agricole si biologice in ecosistemele naturale;

- stabilitatea in ecosistemele agricole este controlata de om, iar in ecosistemele naturale este homeostata;

- recolta potentiala pentru om in ecosistemele agricole este ridicata, iar in ecosistemele naturale este scazuta;

Daca am compara ecosistemele agricole cu cele naturale tinere, aceste deosebiri s-ar diminua considerabil, evidentiindu-se asemanarea dintre acestea.

3. Originea si evolutia ecosistemelor agricole

Inainte de a cunoaste agricultura, omul era o fiinta total dependenta de lanturile trofice ale ecosistemelor naturale.

La inceput, in paleolitic, acum circa 600 mii de ani, omul isi asigura hrana numai cu produse de origine vegetala (frunze, fructe, radacini etc.). Ulterior, odata cu practicarea vanatoarei si pescuitului (aparitia si confectionarea uneltelor, folosirea focului) alimentatia omului s-a imbogatit cu proteine si grasimi de origine animala, insa depindea de bioproductivitatea ecosistemelor naturale.

Se apreciaza (E.P. Odum, 1971) ca in acea perioada omul putea spera la obtinerea a 10 kcal/m²*an, ceea ce inseamna ca pentru a-si asigura necesarul zilnic de hrana trebuia sa exploreze prin cules, vanat au pescuit o suprafata de cel putin 10 ha.

ANALIZA: Geomorfologia climatica – caracteristici generale ANALIZA: Masivul gilau-muntele mare - elemente fizico-geografice

Odata cu descoperirea si folosirea focului, cu identificarea plantelor si animalelor utile s-a trecut la practicarea agriculturii primitive si a pastoritului nomad, dubland cantitatea de energie ce putea fi utilizata, circa 20 kcal/m²/an.

Aceasta a redus suprafata de nutritie la jumatate si a permis cresterea populatiei.

Se considera ca agricultura, ca indeletnicire de sine statatoare, nu a fost posibila decat dupa aparitia limbajului si a ceramicii, aceasta din urma favorizand confectionarea uneltelor, a vaselor pentru depozitarea semintelor etc.

Cele doua forme principale de cultura a plantelor – granocultura si vegecultura – au aparut aproape simultan si independent in mai multe regiuni ale lumii.

Granocultura cuprinde sistemele de agricultura ce se bazeaza pe cultivarea plantelor producatoare de seminte comestibile. A aparut in mai multe centre din regiunile temperate si subtropicale.

Vegecultura cuprinde sisteme de agricultura ce se bazeaza pe cultivarea de plante ale caror organe comestibile sunt cele vegetative (radacini, tuberculi, tulpini, frunze etc.). Aceasta a aparut in cateva centre din zona tropicala.

agricultura itineranta

Primele sisteme de cultivare a plantelor se bazau pe defrisarea padurilor prin incendiere (zona tropicala), cultivarea terenului 1-2 ani, apoi era lasat sa se reimpaduresca, revenind pe aceeasi sola dupa circa 10-20 ani. In acest timp erau defrisate alte suprafete.

Odata cu defrisarea si luarea in cultura a noi suprafete, avea loc si deplasarea grupului uman cultivator. Acest sistem poarta denumirea de agricultura itineranta.

agricultura traditionala

In zonele temperate primele terenuri luate in cultura au fost luncile si stepele, cu durata de cultivare 1 an, revenirea pe aceeasi suprafata fiind mai scurta, dupa 3-6 ani.

Confectionarea uneltelor, domesticirea animalelor au dus lacresterea productivitatii ecosistemelor agricole, creandu-se surplusuri de productie. Astfel au aparut sistemele de agricultura traditionala.

Aceata se caracterizeaza prin:

extinderea suprafetelor cultivate,

introducerea rotatiei culturilor si apoi a asolamentelor,

- selectarea empirica a unor soiuri de plante si rase de animale,

- folosirea animalelor domestice pentru efectuarea lucrarilor agricole, a uneltelor din lemn si apoi metal, utilizarea dejectiilor de la animale ca ingrasamant organic etc.

In agricultura traditionala s-a inregistrat o permanenta reciclare a substantelor si o integrare a proceselor de productie agricola in ciclurile biogeochimice ale biosferei. in acest fel, agricultura traditionala poate fi considerata ca fiind o indeletnicire umana cu pronuntat caracter ecologic.

Agricultura traditionala a putut asigura omului o cantitate de hrana de circa 100-200 kcal/m²*an, reducandu-se aria de alimentare la 0,5-1,5 ha/individ*an. Se considera ca din antichitate si pana la revolutia industriala, sistemele de cultivare a pamantului au apartinut agriculturii traditionale.

Agricultura moderna, industrializata

Revolutia industriala, tehnica si stiintifica a produs, mai ales in a doua jumatate a secolului XX, profunde schimbari in agricultura (folosirea combustibililor fosili pe scara larga, mecanizarea, chimizarea) care au determinat cresteri substantiale ale productiilor agricole, dar si efecte negative asupra mediului.

Aceste noi sisteme de cultura a plantelor apartin agriculturii moderne, industrializate, in care recoltele medii sunt intre 600-4000 kcal/m²*an (800 kcal/m²*an = o recolta 2000 kg/ha cereale boabe), iar suprafata arabila de alimentatie se reduce la 0,2-0,6 ha/individ*an.

Dezvoltarea agriculturii a adus cu ea schimbari esentiale asupra populatiei umane, vietii sociale si asupra biosferei.

Cresterea productivitatii pamantului a permis cresterea populatiei si prima explozie demografica a omenirii, aparitia asezarilor umane stabile, a cetatilor, oraselor, dezvoltarea inegala a zonelor geografice si crearea conditiilor de expansiune a unor imperii.

Aparitia agriculturii a determinat o divizare a muncii si gruparea indivizilor in clase sociale.

Dezvoltarea agriculturii a avut si efecte negative asupra mediului, prin accentuarea fenomenelor de eroziune, alunecari, aridizare etc.

Originea plantelor cultivate si a animalelor domestice

Unul dintre primii cercetatori care s-au ocupat de originea plantelor cultivate a fost botanistul elvetian A. de Candolle (1909). Dupa opinia sa nu exista centre de origine a plantelor cultivate, ci arii relativ intinse in care o specie sau alta a fost introdusa in cultura.

De asemenea, dupa observatiile sale se evidentiaza faptul ca diversitatea genetica a multor plante cultivate este, uneori, mai mare in afara ariilor de origine.

In opozitie cu conceptia lui A. de Candolle, geneticianul rus N.I. Vavilov (1926, 1951), a lansat ipoteza existentei a urmatoarelor 8 centre de origine a plantelor cultivate:

1. Centrul chinezesc (de unde provin cateva specii de legume si fructe, ca si speciile de ceai);

2. Centrul indian (aici isi au originea cateva specii de legume, piperul, iar in zona indo-malaiesiana - citricele);

3. Centrul din Asia Centrala (in care isi au originea unele graminee, fructe si nuci);

4. Centrul din Orientul Apropiat (de unde provin mai multe cereale, cateva specii de legume, fructe si nuci);

Centrul mediteranean (in care isi au originea unele specii de legume, precum si maslinul);

6. Centrul abisinian (de unde provin unele cereale si legume);

7. Centrul din America Centrala (aici isi au originea porumbul, fasolea, ardeiul etc.);

8. Centrul din America de Sud (in care au fost cultivate cartoful, tomatele, papaia, tutunul, maniocul, arahidele, arborele de cacao si ananasul).

In 1964, P.M. Jukovski, discipolul si urmasul lui N.I. Vavilov, a descris 12 centre de origine a plantelor cultivate si a agriculturii.

Ulterior, unii autori (J.H. Harlan, 1971; C.W. Cox si M.D. Atkins, 1979), invocand datele geneticii populatiilor, nu sprijina in totalitate ipoteza lui N.I. Vavilov, considerand ca ea se fundamenteaza pe presupunerea ca centrul de mare diversitate genetica al unei specii ar corespunde cu centrul ei de origine. Dar, inca din 1909 A. de Candolle

a aratat ca cele mai multe varietati ale unei specii se afla in afara

limitelor distributiei sale geografice naturale.

J.R. Harlan (1971), simplificand ipoteza centrelor genetice a lui N.I. Vavilov si punand-o de acord cu constatarile de genetica a populatiilor, a emis ipoteza centrelor restranse si a zonelor extinse de origine a plantelor cultivate. Dupa ipoteza sa, pe glob exista numai  3 centre restranse (Orientul Apropiat, Nordul Chinei si America Centrala) si 3 zone intinse (Africa tropicala, Asia de sud-est si America de Sud), din care provin majoritatea plantelor de cultura.

Dupa C.W. Cox si M.D. Atkins (1979), principalele zone ale globului si speciile de plante cultivate, originare din acestea sunt urmatoarele:

Europa: ovazul (Avena sativa), secara (Secale cereale), coacazul (Ribes sp.), zmeurul (Rubus idaeus), prunul (Prunus domestica) si gutuiul (Cydonia oblonga).

Regiunea mediteraneana: bobul (Vicia faba), varza (Brasica oleracea), maslinul (Olea europaea), ceapa (Allium cepa), usturoiul (A.sativum), prazul (A. porrum), salata (Lactuca sativa), sfecla (Beta vulgaris), pastarnacul (Pastinaca sativa), hameiul (Humulus lupulus),

ridichea (Raphanus sativus).

Orientul Apropiat: alacul (Triticum dicoccum), graul tare (Tr. durum), graul (Tr. aestivum), orzul (Hordeum vulgare), lintea (Lens esculenta), mazarea (Pisum sativum), macul (Papaver somniferum), pepenele galben (Cucumis melo), morcovul (Daucus carota), smochinul (Ficus carica), rodia (Punica granatum), ciresul (Prunus avium), migdalul (P. amygdalus), caisul (P. armeniaca), parul (Pirus comunis), marul (Malus pumila), vita de vie (Vitis vinifera), curmalul (Phoenix dactylifera), sofranul (Crocus sativus), inul (Linum usitatissimum), nucul (Juglans regia).

Regiunea indo-birmana: orezul (Oryza sativa), patlageaua vanata (Solanum melongena), castravetele (Cucumis sativus), mango (Mangifera indica), piperul (Piper nigrum), meiul (Panicum milliaceum), guma arabica (Acacia arabica), bumbacul arborescent (Gossypium

arboreum

Asia sud-estica: gingerul (Zingiber sp.), citricele – lamaiul, portocalul, grepfruitul, mandarinul (Citrus sp.), bananierul (Musa sp.), nuca de cocos (Cocos nucifera), trestia de zahar (Saccharum officinarum).

China ovazul golas (Avena nuda), soia (Glycine max), secara manciuriana (Zizania latifolia), varza chinezeasca (Brassica chinensis), ceapa chinezeasca (Allium fistulosum), piersicul (Prunus persica), specii de citrice (Citrus sp.), dudul (Morus alba), ceaiul (Thea sinensis), hrisca (Fagopyrum esculentum).

Africa de Vest: orezul african (Oryza glaberrima), meiul african (Brachieria deflexa), palmierul de ulei (Elaesis guineensis).

Africa centrala: sorgul (Sorghum bicolor), nuca de cola (Cola acuminata), sesamul (Sesamum indicus), pepenele verde (Citrullus colocynthis).

Regiunea etiopiana meiul etiopian (Elensine caracana), ricinul (Ricinus communis), arborele de cafea (Coffea arabica), bananierul african (Musa ensete).

America de Nord si Centrala: porumbul (Zea mays), batatul (Ipomea batatas), fasolea (Phaseolus vulgaris), ardeiul (Capsicum annuum), bumbacul (Gossypium hirsutum), agave (Agave sisalana), floarea soarelui (Helianthus annuus), topinamburul (H. tuberosus),

bostanul (Cucurbita sp.), vanilia (Vanilla planifolia), tomata (Licopersicum esculentum), avocado (Persea americana).

Regiunea peruviana: cartoful (Solanum tuberosum), tutunul (Nicotiana tabacum), papaia (Carica papaya), bumbacul sud-american(Gossypium barbadense).

Brazilia maniocul (Manihot esculenta), arborele de cacao (Theobroma cacao), ananasul (Ananas comosus), pasiflora (Passiflora edulis), arborele de cauciuc (Hevea brasiliensis).

Principalele regiuni de domesticire a unor specii de animale sunt urmatoarele:

Regiunea arctica euroasiatica renul (Rangifer tarandus).

Europa: iepurele (Oryctolagus cunuculus).

Regiunea mediteraneana: gasca (Anser anser), porumbelul (Colomba livis).

Orientul Apropiat: oaia (Ovis aries), capra (Capra hircus), porcul (Sus domestica), vaca (Bos taurus), cainele (Canis familiaris), camila (Camelus dromaderius), rata (Anas platyrhyncha).

Asia Centrala: calul (Equus caballus), camila cu doua cocoase (Camelus bactrianus), iacul (Bos grunniensis).

India si Asia sud-estica bivolul (Bubalus bubalus), gaina (Gallus gallus).

China: fazanul (Phasianus colchicus), gasca chinezeasca (Cygonopsis cygnoides), crapul (Cyprinus carpio), fluturele de matase (Bombyx mori).

Africa: asinul (Equus asinus), albina (Apis mellifera).

America Centrala: curcanul (Meleagris gallopavo).

America de Sud: lama (Lama glama).

4. Clasificarea ecosistemelor agricole

Din studiile efectuate la nivel mondial rezulta ca majoritatea ecosistemelor agricole au o buna eficienta in exploatare, numai in zonele temperate si subtropicale de joasa altitudine, cu precipitatii moderate si temperaturi medii anuale cuprinse intre 6-12sC (14sC).

Pentru aceste zone climatice se disting 3 categorii de ecosisteme agricole:

1. – ecosisteme agricole extensive;

2. – ecosisteme agricole intensive;

3. – ecosisteme agricole industriale sau industrializate.

4.1 Ecosistemele agricole extensive

Se caracterizeaza printr-un raport energetic iesire (output)-intrare (input) ridicat (>1). In medie, o calorie de energie culturala produce >10 calorii, exprimate in recolta utila. Uneori eficienta energetica ajunge la 40-50 calorii recolta utila (orezarii).

Chiar daca randamentul este ridicat, recolta utila este scazuta, deoarece tehnologiile aplicate sunt rudimentare, soiurile cultivate au o productivitate mica, controlul asupra bolilor si daunatorilor este slab sau inexistent etc.

In aceste ecosisteme se pot include:

- sisteme ale agriculturii traditionale;

- livezile si gradinile din interiorul sau apropierea asezarilor rurale;

- pasunile si fanetele.

Ele asigura recircularea si regenerarea resurselor naturale terestre (substante minerale, substante organice, CO₂, O₂, H₂O etc.).

4.2 Ecosistemele agricole intensive

Se caracterizeaza printr-un raport energetic iesire-intrare aproximativ egal cu 1. Productivitatea acestora este mare – o calorie de energie biologica produce pana la 6000 calorii sub forma de recolta utila.

Utilizarea de energie suplimentara (mecanizare + chimizare) determina in ecosistemele agricole intensive o majorare substantiala a productivitatii fata de agricultura traditionala.

Atata timp cat resursele de energie tehnologica vor fi acceptabile, se recomanda producerea de alimente prin intermediul ecosistemelor agricole intensive.

In aceste sisteme reciclarea naturala a substantelor minerale si organice trebuie suplinita prin ingrasaminte chimice si alte substante, care maresc consumul de energie. Nerealizarea reciclarii naturale duce la scaderea continutului solului in substante usor solubile, deci la scaderea fertilitatii naturale a solului.

Din aceasta categorie de ecosisteme agricole fac parte:

fermele ce practica tehnologii complet mecanizate si chimizate;

plantatiile pomicole

podgoriile intensive

4.3 Ecosistemele agricole industriale (industrializate)

Se caracterizeaza printr-un raport energetic iesire-intrare <1. Pentru a se putea obtine o calorie de produs alimentar se consuma 2- 20 calorii de energie culturala, in special tehnologica. in comparatie cu ecosistemele agricole traditionale, omul introduce in aceste ecosisteme de zeci de ori mai multa energie.

Structura si productivitatea ecosistemelor agricole industrializate sunt total dependente de resursele energetice de care dispune omenirea.

Desi au o productivitate ridicata, iar actiunea factorilor externi este bine controlata, aceste ecosisteme agricole sunt instabile din cauza sensibilitatii fata de aprovizionarea in flux cu resurse minerale, organice si energetice.

Din aceasta grupa fac parte:

- complexele de crestere a pasarilor, suinelor, taurinelor;

- complexele piscicole si serele.

3. Productivitatea ecosistemelor agricole

In ecosistemele agricole omul este interesat de obtinerea de biomasa utilizata direct in hrana proprie sau a animalelor, precum si in alte scopuri economice (fibre, energie etc.). Aceasta constituie produsul agricol principal sau recolta agricola si se exprima in procente (%), ca indici de recolta. Restul biomasei reprezinta produsele secundare utilizate de catre om in zootehnie sau descompuse in cadrul lanturilor trofice respective.

Productia agricola principala reprezinta o fractiune din productia

biologica primara neta (biomasa vegetala) sau o fractiune din productia

biologica secundara neta (biomasa animala), care este denumita si

productia zootehnica.

La plantele cultivate, productia agricola principala (recolta agricola) variaza de la o specie la alta, fiind cuprinsa intre 17-50% din biomasa aeriana la plantele cultivate pentru seminte si intre 70-77% din biomasa totala, la radacinoase si tuberculifere.

Astfel:

- la grau, indicele de recolta este de 23-46%;

- la ovaz – 43-57%; la porumb – 38-47%;

- la soia – 29-36%; la fasole boabe - 53- 67%;

- la floarea soarelui - 17-20%;

- la cartof - 70%;

- la sfecla pentru zahar - 77%;

- la lucerna - 90%.

Aceasta exprimare nu este concludenta pentru stabilirea eficientei ecosistemelor agricole, de aceea valoarea produsului agricol se apreciaza prin continutul sau energetic sau de proteina.

Din punct de vedere al continutului energetic, N. Zamfirescu (1977) imparte plantele cultivate in trei grupe:

1. – plante cu seminte bogate in grasimi – cu valoare energetica de >5000 kcal/kg produs (floarea soarelui, rapita, soia);

2. – plante cu seminte bogate in proteine sau amidon – cu o valoare energetica de 3700-4000 kcal/kg produs (cereale, mazare, fasole);

3. – plante cu organe vegetative ca produs agricol principal – cu o valoare energetica de 900-1300 kcal/kg produs (cartof, sfecla pentru zahar, lucerna, porumb masa verde etc.).

Din punct de vedere al continutului de proteina, plantele se pot imparti tot in trei grupe:

1.– plante cu seminte ce au un continut ridicat in proteina de

calitate superioara - circa 130-300 g/kg produs (leguminoase pentru

boabe, oleaginoase);

2. – plante cu seminte ce au un continut mediu de proteina - circa

60-90 g/kg produs, bogate in amidon (cereale);

3. – plante cu organe vegetative sarace in proteina - circa 10 g/kg produs (sfecla, cartof).

Un loc aparte il ocupa leguminoasele furajere (lucerna, trifoi, mazariche) care contin in organele vegetative aeriene cantitati relativ mari de proteina (25-40 g/kg produs).