Pokaż spis treści
Wróć do informacji o e-podręczniku

Współczesne rolnictwo może wyprodukować ogromną ilość żywności. Jest przy tym bardzo efektywne: w krajach rozwiniętych pracuje w nim zaledwie 2% obywateli, podczas gdy 100 lat temu rolnikami była przeszło połowa populacji. Niestety intensywna rolnicza eksploatacja środowiska coraz częściej prowadzi do degradacji środowiska.

Już wiesz
  • główne zagrożenia dla różnorodności biologicznej to: zanikanie naturalnych siedlisk i ekosystemów, wprowadzanie do środowiska gatunków inwazyjnych, zanieczyszczenie środowiska, nadmierna eksploatacja zasobów przyrody, zmiany klimatu;

  • rośliny transgeniczne są szansą na zaspokojenie potrzeb żywieniowych ludzi i pozwalają na zmniejszenie skali chemizacji w rolnictwie.

Nauczysz się
  • opisywać wpływ współczesnego rolnictwa na różnorodność biologiczną;

  • wymieniać i charakteryzować główne czynniki zagrażające różnorodności biologicznej będące wynikiem działalności rolniczej;

  • charakteryzować różnorodność gatunkową roślin uprawnych i zwierząt hodowlanych;

  • opisywać próby minimalizacji negatywnych skutków wpływu intensywnego rolnictwa na środowisko.

1. Rolnictwo tradycyjne

Na początku swojego istnienia (ok. 10 tysięcy lat p.n.e.) rolnictwo opierało się wyłącznie na pracy ludzkich rąk, dlatego powierzchnie pól były bardzo ograniczone. Ze względu na niewielkie możliwości przemieszczania się na duże odległości rolniczo wykorzystywano lokalne odmiany roślin jadalnych i charakterystyczne dla danego obszaru zwierzęta, które poddały się udomowieniu. Na Bliskim Wschodzie uprawiano pszenicę i jęczmień, w starożytnych Chinach i Indiach – ryż, proso, bób i groch, a w Ameryce Południowej – kukurydzę, dynię i fasolę.

Wiele dziko żyjących organizmów przystosowało się do bytowania na obszarach użytkowanych rolniczo. Dla owadów roślinożernych, gryzoni i ptaków ziarnojadów agrocenozy okazały się bogatym i łatwo dostępnym źródłem pokarmu. Dzięki obfitości pożywienia ich populacje mocno zwiększały swoją liczebność. Za nimi podążyły gatunki, dla których one same były pokarmem, np. bociany, myszołowy, lisy, łasice. Liczne owady z kolei przyciągnęły jeże, ryjówki, nietoperze i ptaki. Jaskółki zaczęły się osiedlać na budynkach gospodarczych, w których znajdowały duże ilości owadów.

Przed wynalezieniem maszyn rolniczych powierzchnia poszczególnych pól na ogół nie przekraczała 0,5 ha. Pomiędzy nimi występowały zadrzewienia i zakrzewienia oraz fragmenty naturalnych ekosystemów, zwane miedzami. Miedze były i nadal są swoistymi ostojami różnorodności biologicznej, porośniętymi zróżnicowaną roślinnością. Stanowią miejsce gniazdowania ptaków i schronienie dla innych gatunków zwierząt, które nie potrafią żyć na polach, ale chętnie na nich żerują.

Rolnictwo tradycyjne, inaczej ekstensywne, występuje w państwach, w których ziemi jest pod dostatkiem, głównie w krajach słabiej rozwiniętych. Ta forma gospodarowania sprawia, że nakłady finansowe związane z produkcją rolną są niskie, a metody uprawy pracochłonne. Nie stosuje się tam na przykład nawozów sztucznych i pestycydów, w wyniku czego uzyskuje się niewielkie plony w porównaniu z tymi osiąganymi w rolnictwie intensywnym.

Polecenie 1

Przeanalizuj przedstawione w tabeli dane dotyczące 2 państw: X i Y. Ustal, w którym z nich rolnictwo ma charakter ekstensywny. Przedstaw uwarunkowania, które decydują o takiej formie rolnictwa.

Porównanie gospodarki państw X i Y

Państwa

Powierzchnia [tys. km2]

Liczba ludności [mln]

Zatrudnienie w rolnictwie [%]

Państwo X

652

33

72

Państwo Y

31

11

3

Ciekawostka

W przyrodzie wystepuje ok. 30 tys. gatunków roślin jadalnych. W początkowym okresie rolnictwa uprawiano 20% z nich. Obecnie podstawą wyżywienia ludzi jest ok. 30 gatunków roślin, co stanowi zaledwie 4% gatunków roślin jadalnych. W Meksyku przez ostatnie 80 lat wyginęło 80% gatunków kukurydzy. We Włoszech od 1940 r. wymarły prawie wszystkie stare gatunki pszenicy, pomidorów, grochu i cebuli. W Chinach natomiast jeszcze w 1949 r. wysiewano 8 tys. odmian ryżu, dziś uprawia się tam ich jedynie 50.

Ok. 900 odmian pomidorów uprawianych na świecie pochodzi od 2 gatunków tej rośliny.

2. Rolnictwo intensywne a różnorodność biologiczna

Rozwój cywilizacji, a zwłaszcza zwiększanie liczby ludzi, wymuszało zagospodarowanie kolejnych obszarów pod uprawę roślin i wypas zwierząt. Na potrzeby rolnictwa przekształcano coraz więcej ekosystemów naturalnych, np. karczowano lasy, przez co przestrzeń życiowa zamieszkujących je gatunków kurczyła się. Wiele populacji zostało od siebie oddzielonych barierami urbanizacyjnymi (drogi, zabudowania mieszkalne i przemysłowe), a ich liczebność i różnorodność genetyczna zaczęła spadać.

W wyniku powszechnego zastosowania maszyn rolniczych w krajach wysokorozwiniętych zadrzewienia śródpolne zostały zlikwidowane, miedze zaorane, przez co powiększył się areał upraw. Spowodowało to jednak, że zasięg wielu dzikich gatunków został ograniczony jedynie do niewielkich obszarów nieużytków.

Agrocenozy, czyli ekosystemy charakterystyczne dla obszarów wykorzystywanych rolniczo, są bardzo ubogie gatunkowo. Wszystkie rośliny dzikie rosnące na polach uprawnych są traktowane jako chwasty, a zamieszkujące je zwierzęta żywiące się roślinami uprawnymi (wpływające na obniżenie plonów) jako szkodniki. Możliwość zwalczania chwastów i szkodników w początkach istnienia rolnictwa była bardzo ograniczona. Obecnie eliminuje się je głównie przy użyciu środków chemicznych – pestycydów.

Z biegiem czasu pola stawały się monokulturami, obszarami o bardzo dużej powierzchni, na których uprawiano tylko jeden gatunek rośliny i niszczono wszystkich jej konkurentów. Zwiększenie powierzchni upraw nawet do kilkuset hektarów stało się możliwe dzięki wzrostowi mechanizacji rolnictwa.

Ogromne pola uprawne stanowią także swoistą barierę uniemożliwiającą przemieszczanie się wielu gatunków. Są chociażby przeszkodą nie do przebycia dla nasion dzikich gatunków roślin. Co prawda nasiona te padają na ziemię orną i tam kiełkują, ale usuwane są stamtąd jako niepożądane rośliny. Na duże odległości nasion nie może przenieść również wiatr. Podobnie dzieje się w przypadku dzikich gatunków zwierząt. Zwłaszcza małe organizmy nie potrafią przemieszczać się między kompleksami leśnymi oddzielonymi polami, co powoduje, że ich różnorodność genetyczna spada. Na przykład owady zapylające nie są w stanie przebyć rozległych przestrzeni, dlatego między rozdzielonymi populacjami nie zachodzi wymiana genów.

Polecenie 2

Dowiedz się, na czym polega rolnictwo ekologiczne. Oceń korzyści i straty płynące z jego zastosowania w skali globalnej.

3. Historia ziemniaka i stonki

W rolnictwie zaszły wielkie zmiany, kiedy zaczęto podróżować na duże odległości. Z dalekich wypraw przywożono nasiona i sadzonki roślin. Wiele europejskich roślin uprawnych, jak ziemniaki, kukurydza, pomidory i papryka, trafiło w ten sposób do nas z Ameryki. Część z nich zastąpiła uprawiane do tej pory gatunki roślin i ze względu na swoją wysoką produktywność stała się w agrocenozach gatunkami dominującymi. Większość z nich jest ciepłolubna i dlatego w naszym klimacie może się rozmnażać jedynie wegetatywnie. Z tego też powodu charakteryzuje je mała różnorodność genetyczna, a tym samym duża podatność na choroby. W XIX w., kiedy ziemniak był w Europie najważniejszą rośliną uprawną, w Irlandii doszło do rozprzestrzenienia się zarazy ziemniaczanej. Zainfekowane bulwy gniły i na polu, i podczas przechowywania. Zjawiska tego nie dało się wyeliminować żadnymi znanymi metodami, co znacznie ograniczyło plony. W wyniku głodu liczba ludności w Irlandii zmniejszyła się o 20%. Zmarło ponad 1 mln Irlandczyków, a 2 mln wyemigrowały do Stanów Zjednoczonych. Aby nie dopuścić do powtórzenia się takiej tragedii, postanowiono zwiększyć pulę genową uprawianych w Europie ziemniaków. W tym celu sprowadzono z Andów liczne odmiany tej rośliny.

Przewożenie roślin między kontynentami sprzyja także wprowadzaniu do ekosystemów gatunków zawleczonych. Należy do nich stonka ziemniaczana, która w XIX w. występowała tylko w jednym stanie USA. Na przełomie XIX i XX w. pojawiła się w Europie i stosunkowo szybko opanowała uprawy ziemniaka na całym kontynencie, a także w dużej części Azji.

Polecenie 3

Wyjaśnij, dlaczego stonka w tak krótkim czasie stała się głównym szkodnikiem ziemniaków w Europie.

4. Chemizacja rolnictwa a różnorodność biologiczna

We współczesnym rolnictwie używa się ogromnych ilości nawozów sztucznych. Jest to konieczne, ponieważ długotrwała uprawa określonych gatunków roślin prowadzi do jałowienia gleby. Rośliny rozwijając się, pobierają z gleby niezbędne do wzrostu substancje mineralne, np. sole azotu, fosforu, potasu i magnezu, przez co ich zawartość w glebie maleje. Ponieważ plony są wywożone z pola, minerały zawarte w pędach nie wracają do podłoża. Jałowienie gleby dodatkowo przyspiesza ntensywne gospodarowanie gruntami. W ciągu roku uprawia się kilka gatunków roślin (kilkukrotne zbieranie plonów) oraz obsiewa dane pola tym samym gatunkiem przez wiele lat.

Nawozy sztuczne zawierają biogeny – pierwiastki niezbędne do prawidłowego funkcjonowania organizmów. Biogeny występujące w środowisku w nadmiarze stają się zanieczyszczeniami. Z pól nawożonych w nieprawidłowy sposób są spłukiwane przez deszcze do cieków i zbiorników wodnych, co przyczynia się do ich przenawożenia (eutrofizacji). Największe zagrożenie dla ekosystemów wodnych stanowi zwiększenie stężenia fosforu. Pierwiastek ten w warunkach naturalnych występuje w wodzie w bardzo małych ilościach. Gromadzenie się fosforu powoduje zakwit wody, czyli silny wzrost glonów. Towarzyszy mu spadek przejrzystości wody. W wyniku niedoboru światła w głębszych warstwach zbiornika dochodzi do obumarcia części glonów i roślin naczyniowych. Rozkład martwej materii roślinnej przez bakterie wiąże się z pochłanianiem dużych ilości tlenu. Gdy zostanie on całkowicie zużyty, następuje beztlenowy rozkład materii, którego produktem jest między innymi bardzo toksyczny siarkowodór. W konsekwencji dochodzi do śmierci wielu gatunków zwierząt żyjących w zbiorniku.

Nowoczesne rolnictwo zużywa ponadto bardzo duże ilości środków chemicznej ochrony roślin. Pestycydy zostały wprowadzone na początku XX w. i są stosowane na szeroką skalę od lat 30. ubiegłego stulecia. Dzięki nim znacznie zwiększyły się plony i mocno zmniejszyły populacje organizmów, przeciwko którym pestycydy zostały skierowane. Do najpowszechniejszych pestycydów należą: herbicydy służące do zwalczania chwastów, fungicydy zapewniające ochronę roślin uprawnych przed chorobotwórczymi grzybami, insektycydy, których używa się do eliminowania owadów zjadających uprawy. Substancje te pozwalają skutecznie pozbyć się organizmów niepożądanych z punktu widzenia człowieka. Mają one jednak negatywny wpływ na wszystkie inne gatunki zamieszkujące agrocenozę. Ich działanie jest rozległe: powodują wyniszczenie niemal wszystkich organizmów polnych z wyjątkiem uprawianego gatunku. Na przykład insektycydy zabijają nie tylko szkodnika upraw, ale też większość gatunków owadów występujących na opryskiwanym obszarze i w jego najbliższej okolicy. Z tego powodu licznie giną pszczoły, co z kolei wpływa na pogorszenie plonów roślin owadopylnych. Uśmiercane są również organizmy glebowe, co rzutuje na tempo rozkładu materii organicznej i żyzność gleby.

Stosowane od lat pestycydy doprowadziły do skrajnego zubożenia różnorodności ekosystemów sztucznych. Przyczyniły się też do spadku różnorodności ekosystemów naturalnych, gdyż w postaci rozpylonej pod wpływem wiatru lub deszczu mogą być przenoszone na tereny znacznie oddalone od agrocenoz.

Wpływ pestycydów na ekosystemy został najlepiej zbadany na przykładzie DDT – insektycydu używanego powszechnie od początku lat 40. do początku lat 60. XX w. (w Polsce do połowy lat 70.). Wykorzystywano go między innymi do zwalczania stonki ziemniaczanej. DDT pierwotnie uważany był za środek bezpieczny. Późniejsze badania wykazały jednak, że jest inaczej. DDT odkładał się w tkance tłuszczowej i organach wewnętrznych zwierząt, np. wątrobie, mózgu, nerkach, gonadach, i kumulował w organizmach z kolejnych poziomów łańcucha pokarmowego. U tych zwierząt, które stanowiły ostatnie ogniwo łańcucha troficznego, jego stężenie było wielokrotnie wyższe niż u zwierząt roślinożernych.

Ptaki, w organizmach których nastąpiła kumulacja DDT, składały jaja w bardzo cienkich skorupkach, przez co często były zgniatane podczas wysiadywania. W konsekwencji dochodziło do obniżenia rozrodczości i liczebności tych zwierząt, a w dłuższym okresie do wymarcia niektórych populacji. Tak się stało m.in. z sokołem wędrownym w Polsce i Stanach Zjednoczonych. Zdziesiątkowane zostały też populacje ptaków owadożernych, jak np. rudzik.

Kumulacja DDT w organizmach zwierząt powoduje także obniżenie ich odporności. Odprowadzanie do rzek ścieków z pól zawierających wysokie stężenie pestycydu doprowadziło do wzrostu zawartości tej substancji w wodach Bałtyku i zatrucie populacji bałtyckich fok. Duża zawartość DDT w organizmie człowieka może wywołać białaczkę i nadciśnienie tętnicze, a w skrajnych przypadkach nawet zatrucie organizmu i śmierć.

Choć DDT rozkłada się w środowisku od 4 do 30 lat, w glebie nadal można stwierdzić obecność produktów jego rozpadu. Wciąż też spotyka się go w organizmach. Taki stan rzeczy będzie się utrzymywał jeszcze dziesiątki lat. Dlatego używanie jakiegokolwiek pestycydu powinno być ograniczone do niezbędnego minimum, ponieważ zawsze zagroża bioróżnorodności. Nawet najbardziej nowoczesne środki ochrony roślin, mimo że nie odnotowano ich bezpośredniego wpływu na kręgowce, eliminując owady, powodują spadek ich liczebności, a zatem zmniejszają ilość pokarmu dla dziko występujących zwierząt owadożernych.

Stężenia bardzo rozcieńczonych roztworów wyraża się jako liczbę cząsteczek substancji rozpuszczonej przypadajacych na milion cząsteczek roztworu (ppm - ang. parts per million)
Polecenie 4

Wyjaśnij, jakie konsekwencje dla różnorodności biologicznej przyniosłoby wyginięcie owadów zapylających.

Ciekawostka

W 2006 r. w Kanadzie, USA i Europie zaobserwowano masowe wymieranie pszczół, które nazwano zespołem masowego ginięcia pszczoły miodnej. Najbardziej prawdopodobnym powodem tego zjawiska jest zatrucie owadów związkami z grupy neonikotynoidów zawartymi w pestycydach. Do powszechnego użytku jako środek do ochrony roślin uprawnych wprowadzono je w latach 90. XX w. W 2013 r. zakazano ich stosowania na terenie całej Unii Europejskiej.

5. Wpływ rolnictwa na stosunki wodne w ekosystemach

Na potrzeby rolnictwa wykorzystywane jest obecne ok. 25% całkowitej ilości wody zużywanej w Europie. Z powodu skali zjawiska dochodzi do zaburzenia stosunków wodnych na dużych obszarach lądu. Dodatkowo towarzyszy mu osuszanie gruntów pod uprawę roślin. Niedobory wody skutkują obniżeniem poziomu wód gruntowych, co prowadzi do zanikania obszarów wodno‑błotnych (mokradeł, bagien, torfowisk, podmokłych łąk i lasów), które stanowią jedne z najcenniejszych terenów przyrodniczych świata. Rośnie na nich ponad połowa roślin zagrożonych wyginięciem w Polsce. Stanowią one także środowisko niektórych zagrożonych wymarciem zwierząt kręgowych.

Wraz z wilgotnymi łąkami zanikają rzadkie gatunki roślin charakterystyczne dla tych ekosystemów. W konsekwencji giną też gatunki zwierząt żyjące w warunkach wilgotnych, np. ptactwo wodno‑błotne, płazy i gady. Ekosystemy podmokłe pełnią bardzo ważną rolę: gromadzą i oczyszczają wodę, zapobiegają powodziom, magazynują zasoby torfu, uczestniczą w regulowaniu klimatu Ziemi. Ich zniszczenie może spowodować nieodwracalne zmiany w środowisku.

Aby zapobiegać negatywnym skutkom nadmiernego wykorzystania wody w rolnictwie, modyfikuje się genetycznie odmiany roślin uprawnych, np. ryżu i ziemniaków, by wydawały duży plon przy minimalnym zużyciu wody. W celu ochrony wód przed eutrofizacją stosuje się nawozy sztuczne nowej generacji, które są lepiej przyswajane przez rośliny i trudniej przenikają z gleby do wód gruntowych. Ogranicza się też ilość stosowanych innych środków chemicznych.

Polecenie 5

Wyjaśnij, jaki jest związek między zużywaniem podczas prania nadmiernych ilości proszku a zmniejszaniem różnorodności biologicznej.

6. Różnorodność gatunkowa roślin uprawnych i zwierząt hodowlanych

Różnorodność gatunkowa roślin użytkowych i zwierząt hodowlanych jest stosunkowo niska. Wśród najczęściej uprawianych znajdują się 4 gatunki: pszenica, ryż, kukurydza i ziemniaki. To z nich powstaje większość produktów żywnościowych pochodzenia roślinnego, które zaspokajają zapotrzebowanie organizmu na energię w 60%.

Różnorodność gatunkowa spada także wśród zwierząt hodowlanych. Źródłem wszystkich produktów pochodzenia zwierzęcego, jakimi żywi się człowiek, jest ok. 40 gatunków zwierząt użytkowych. Obecnie aż 30% ich odmian hodowlanych jest zagrożonych wyginięciem. Ze zwierząt hodowlanych najbardziej rozpowszechnione jest bydło.

Polecenie 6

Będąc w sklepie samoobsługowym, spisz oferowane tam owoce i warzywa oraz mało przetworzone produkty pochodzenia roślinnego (np. kasze, konserwy warzywne). Ustal, ile gatunków roślin jest dla ciebie dostępnych w tym miejscu w postaci żywności.

7. Próby naprawienia szkód wyrządzonych przez rolnictwo

W wielu krajach rozwiniętych bierze się pod uwagę szkody, jakie działalność rolnicza wyrządziła lokalnej bioróżnorodności. Obecnie podejmuje się liczne starania mające na celu zahamowanie ubożenia ekosystemów oraz spadku różnorodności gatunkowej i genetycznej. Obszary rolnicze, zwłaszcza na terenie Unii Europejskiej, które obecnie leżą odłogiem, są zalesiane. Przeznacza się na to specjalne środki unijne. Dodatkowo ogranicza się działalność rolniczą na terenach podmokłych, aby nie dopuszczać do ich dalszego osuszania.

Mieszkańcy krajów rozwiniętych kładą coraz większy nacisk na zdrowe odżywianie, w wyniku czego wzrasta popyt na stare odmiany uprawne i hodowlane. Rośliny, z których rolniczego użytkowania zrezygnowano ze względu na ich małą wydajność, zawierają dużo więcej składników odżywczych niż te uprawiane obecnie. Na przykład jabłko odmiany Szara Reneta ma dwukrotnie wyższą zawartość antocyjanów, substancji wpływających korzystnie na pracę serca, wzrok i pamięć, a odmiana Książę Albrecht pięciokrotnie większą zawartość witaminy C niż jabłka nowych odmian. Innym przykładem może być gęś rasy podkarpackej, która ma dużo mniej otłuszczone mięso niż hodowana powszechnie gęś biała włoska.

Doceniając zalety zapomnianych odmian roślin, wraca się do nich, zwiększając tym samym różnorodność genetyczną upraw. Z podobnych powodów prowadzi się także zachowawcze hodowle rzadkich gatunków udomowionych zwierząt.

Polecenie 7

Zbierz informacje na temat polskiej rasy kur – zielononóżki kuropatwianej. Na jej przykładzie wyjaśnij, dlaczego warto zachować tę rasę oraz z jakiego powodu nie nadaje się ona do hodowli w wielkich fermach drobiu.

Podsumowanie

  • Nowoczesne rolnictwo umożliwia otrzymanie bardzo wysokich plonów, ale silnie ogranicza różnorodność biologiczną.

  • Stosowany w rolnictwie dobór sztuczny prowadzi do zubożenia puli genowej gatunków użytkowych.

  • Ze względu na niską wydajność zrezygnowano z uprawy i hodowli wielu starych odmian i gatunków.

  • Mechanizacja rolnictwa przyczyniła się do powstania wielkopowierzchniowych pól uprawnych będących monokulturami i likwidacji ostoi bioróżnorodności w agrocenozach, jak miedze i zadrzewienia śródpolne.

  • Chemiczne środki ochrony roślin mają szkodliwy wpływ zarówno na szkodniki upraw, jak i inne dziko żyjące zwierzęta.

  • Wzrastająca chemizacja rolnictwa przyczynia się do zanieczyszczania wód oraz eutrofizacji zbiorników i cieków wodnych.

  • Kraje rozwinięte ograniczają powierzchnię terenów rolniczych oraz podejmują próby ocalenia bioróżnorodności poprzez zalesianie, zaprzestanie osuszania terenów podmokłych oraz zachowanie starych odmian roślin i ras zwierząt hodowlanych.

Praca domowa
Polecenie 8.1

1. Opisz wpływ nowoczesnego rolnictwa na różnorodność biologiczną.

Polecenie 8.2

2. Podaj przykłady roślin uprawnych i zwierząt hodowlanych najczęściej użytkowanych w polskim rolnictwie. Wymień kraj ich pochodzenia.

Słowniczek

agrocenoza

inaczej biocenoza uprawna; ekosystem sztuczny, wytworzony na terenach użytkowanych rolniczo, charakteryzujący się bardzo małą różnorodnością gatunkową

biogeny

pierwiastki biogenne; pierwiastki niezbędne do budowy i prawidłowego funkcjonowania organizmu; należą do nich makro- i mikrooelementy

chwasty

rośliny występujące dziko na polach, łąkach i pastwiskach, z punktu widzenia człowieka niepożądane w uprawach; wiele z nich jest zagrożonych wyginięciem

eutrofizacja

proces gromadzenia się w zbiornikach i ciekach wodnych pierwiastków biogennych podnoszących żyzność wód; źródłem tych pierwiastków są ścieki komunalne i przemysłowe oraz wysiewane na polach nawozy sztuczne

pestycydy

substancje naturalne lub syntetyczne stosowane głównie w uprawie roślin do zwalczania organizmów uważanych przez człowieka za szkodniki lub chwasty

szkodniki

zwierzęta, które z punktu widzenia człowieka powodują szkody w uprawach roślin oraz magazynowanych plonach

Zadania

Ćwiczenie 1
Ćwiczenie 2
Ćwiczenie 3
Ćwiczenie 4