http://web.natur.cuni.cz/ekologie/jarosik/cze/index.html

Ekologie agroekosystémů

Vojtěch Jarošík

Vymezení agroekologie

1. Úvod2. Pojem ekologie a ekosystém3. Definice a cíle agroekologie4. Vývoj agroekologického myšlení

Úvod

Ekologie se většinou soustřeďuje na přírodní ekosystémy bez větších

lidských vlivů• zaujímají jen nepatrné procento plochy

suchozemských (terestrických) ekosystémů• drtivá většina ploch nepokrytých trvale ledem či

sněhem je však ovlivněna lidskou činností– s výjimkou ploch, které tomuto vlivu unikly např. pro

svou nepřístupnost, svahovitost, neproduktivnost, nevhodné stanovištní podmínky apod.

• Tento kurs se zabývá ekosystémy ovlivněnými člověkem, a to převážně produkční složkou zemědělských a (méně) lesních ploch

Před asi 15 000 lety byl započat proces, který postupně vedl ke zničení stávajících

ekosystémů na 2/3 povrchu souší a jejich nahrazení zemědělskými plochami a

produkčním lesnictvím• V současné době je na Zemi asi 1 400 Mha

(megahektar = milión hektarů) orné půdy, sadů, plantáží a vinic (včetně dočasných úhorů) a asi 3 500 Mha pastvin, což je asi 30 % veškerých soušínepokrytých sněhem a ledem

• Dalších asi 25 % ploch zaujímá industrializovanákrajina (lidská sídla, průmysl, těžba nerostů apod.)

Pokrok zemědělství umožnil vypěstovat více produktů, než je zapotřebí pro

samozásobení• vznik specializovaných povolání,

soustřeďovaných do měst• zdokonalení sociální struktury (organizace,

dopravy)• zemědělství je tedy příčinou sociálního,

kulturního i industriálního vývoje lidstva

Industrializace zemědělství

• permanentní a mechanizované kultivace– jeden pozemek se využívá po více sezón za

sebou, a kromě lidské a zvířecí práce se k jeho obhospodařování využívá mechanizace, dnes převážně založené na neobnovitelné energii fosilních paliv

• intenzivní energomateriálové dodatky

Energomateriálové dodatky• nahrazují ztráty

– jak „chtěné“ (se sklizní), tak i „nechtěné“ (ztráty živin, vody aj.)• přebírají část funkcí ochuzených přírodních regulačních

mechanismů– regulace plevelů, škůdců aj.

• doplňují oslabené mutualistické (vzájemně výhodné) vazby mezi organismy– mykorhizních asociace mezi symbiotickými houbami a kořeny rostlin aj.

• suplují minimalizaci recyklace živin– Hnojiva

• umožňují změny alokačních vzorů asimilované energie u produkčních organismů ve prospěch produkčních funkcí

• slouží k zabránění postupu sukcese

• Přispět k poznání, že zdárné fungování ekosystémů je životně důležité pro přežití člověka na této planetě

• Člověk čerpá z přírody drtivou většinu svých zdrojů, a takév ní uspokojuje řadu svých dalších, na prvý pohled ménězřejmých potřeb (emočních, estetických, rekreačních atd.)

• Cílem je řídit ekosystémy setrvalým způsobem, tedy tak, aby mohly zachovat svoji strukturu a plnit své funkce i v budoucnosti, tj. v případě řízených ekosystémů tak, aby poskytovaly trvale udržitelné výnosy a byly bezpečným místem pro organismy, které je obývají

Cíl přednášky

Co je agroekosystém

• Soubor hospodářsky významných organismů spolu s jejich neživým prostředím

• Je za účelem maximalizace skliditelného podílu produkce udržován v raném stádiu vývoje společenstva

Agroekosystém je za účelem maximalizace skliditelného podílu produkce udržován v raném stádiu

vývoje společenstva

• umožňuje odběr značné části biomasy bez změny vývojového stádia společenstva, ale současně to vede k problémům, vlastním všem mladým vývojovým stádiím ekosystémů:– ztráty živin a vody– nedostatečná vnitřní regulace– nedostatečná zásoba rezerv

Jak řeší problém raného stádia vývoje společenstva konvenční

zemědělství

• masivními vstupy materiálu a energie zvenčí– degradují oblasti svého původu: např. ložiska

surovin, použitých jako energomateriálovévstupy (hnojiva, ropa atd.); oblasti výroby agrochemikálií, zemědělských strojů a zařízení

• další nežádoucí a dalekosáhlé vedlejšíúčinky, označované jako externí efekty

Externí efekty - příklady

• ztráta části uhlíku, fixovaného v půdách a v biomase přirozených ekosystémů fotosyntézou, vede po proměně přirozených ekosystémův agroekosystémy, kde je množství fixovaného uhlíku menší, k růstu množství uhlíku v atmosféře

• ztráty živin v agroekosystémech se projevíproblémy v hydrosféře a atmosféře

• dochází k narušování globálních biogeochemických procesů

Externí efekty - shrnutí• „Existují přesvědčivé důkazy z různých částí světa, že

moderní konvenční agroekosystémy nejsou trvale udržitelné. Jsou závislé na velkých vnějších vstupech, založených na neobnovitelných fosilních palivech, a zároveň nadužívají a degradují půdu, vodu a genetickézdroje, na nichž zemědělství bytostně závisí. A ačkoli tento úpadek základů zemědělství lze maskovat hnojivy, herbicidy, pesticidy, vysoce výnosnými odrůdami a vodními a fosilními zdroji, vypůjčenými od budoucích generací, nelze ho skrývat navždy - zejména ne ve světle rostoucí lidské populace, změn klimatu, destrukce biodiverzity a ztrát přírodních stanovišť.“ (Gliesmann2001)

Jaké řešení problému raného stádia vývoje společenstva nabízí

agroekologie

• Posunout vývoj zemědělských společenstev do stádia, kde se ještě využije výhod raných stádií vývoje společenstva, ale kde již bude vyšší udržovací biomasa a vyššíbiodiverzita– Vyšší biodiverzita vykoná řadu

„ekosystémových služeb“, které nynívykonávají industriální dodatky hmoty a energie

„Ekosystémové služby“ vyššíbiodiverzity

• zvýšení množství fixovaného uhlíku– regulace složení atmosféry a tím klimatu na planetě

• tvorba půd a zvyšování půdní úrodnosti– rozklad organické hmoty, recyklace živin, dočasné uskladnění (a tím

imobilizování) živin v době, kdy je nemohou využít produkční organismy, a naopak jejich uvolnění v době jejich zvýšené potřeby

• zvýšení množství vody zadržované v biomase a v půdě– čištění vod, zvyšování infiltrace a snížení povrchového odtoku vody

• zlepšení detoxikačních schopností systému– odstraňování výkalů a mršin, recyklace

• zvýšení schopnosti odolávat škůdcům– řízení početnosti nežádoucích organizmů, posilování nespecifické imunity

a rezistence agroekosystémů• Vše bez nepříznivých externích efektů

Agroekosystém využívávysokoprodukční kultivary plodin

a plemen hospodářských zvířat

• většina produkčně špičkových genotypů je produktem alokačního šlechtění, tj. selekce genotypů alokujících větší část energie do ekonomického produktu a jen menší části nežtomu bylo u jejich předků do ostatních struktur a funkcí

• takovéto genotypy vykazují nižší stupeňenvironmentální rezistence než jejich předkové

• alokační ztráty jsou vyrovnávány agronomickou podporou, bez které je vysoká produktivita takových genotypů v praxi nemožná

Vysokoprodukční kultivary plodin a plemen hospodářských zvířat

• přímé finanční náklady na agronomickou podporu mohou být nižší než cena, kterou zemědělec získáza zvýšenou produkci

• do přímých finančních nákladů producentů ale není zahrnuta zápornou hodnota externích efektů– agronomická podpora je často postavena na

neobnovitelných zdrojích, které jejich těžbou vlastně"krademe" svým potomkům, nebo vede k problémům v prostředí, které vyplývají z těžby a zpracování energií, z transportu, depozice sedimentů, eroze apod.

Vysokoprodukční kultivary plodin a plemen hospodářských zvířat –

agroekologické řešení• studovat nejen přírodní, ale celé

socioekonomickém prostředí, ve kterém se produkce odehrává, s důrazem na dlouhodobéefekty– kvalita životního prostředí, zachování zdrojů,

potravinová bezpečnost, kvalita venkovského života, trvalá udržitelnost produkce

• konvenční agronomický výzkum se soustřeďuje spíše na maximalizaci produkce, tj. na principy, ovlivňující krátkodobou produkční a ekonomickou odpověď systému

Pojem ekologie a ekosystém

Termín ekologie

• Ernst Haeckel (1866): „oikos“ = místo k životu (domov)

• věda o „místě, které obývají organismy“

Ekologie byla (v roce 1866) navržena jako čtvrté odvětví

biologie

• morfologie (tvary)• fyziologie (vnitřní funkce)• taxonomie (podobnosti a příbuznosti)• ekologie: faktory prostředí, ovlivňující

organismy

Ekologie se tradičně zabývátřemi úrovněmi biologické

hierarchie

• Jedinci (autoekologie)• Populacemi (demekologie)• Společenstvy (biocenózami) (synekologie)

Ekosystém (biogeocenóza)(Tansley, 1935)

• ekotop (malá místí jednotka)• biom (základní typ suchozemského prostředí typu

tropického deštného lesa, savany nebo tundry, pro nějžjsou charakteristické určité životní formy rostlin a určitý typ vegetačního pokryvu)

• biosféra (ekosféra) (globální ekosystém planety)• předmětem našeho studia je specifický ekosystémem,

který označujeme jako agroekosystém

Definice a cíle agroekologie

Definice agroekologie• Analogicky s definicí ekologie můžeme

agroekologii definovat jako nauku o vzájemných interakcích mezi hospodářsky významnými organismy a jejich prostředím

• Agroekologie tedy studuje zemědělství (včetnělesnictví) ze zorného úhlu ekologie– Zemědělství není chápáno pouze jako produkce, ale

kritéria fungování zemědělských systémů zahrnují i trvalou udržitelnost, potravinovou bezpečnost, ekonomickou životaschopnost, zachování zdrojů a sociální přijatelnost

Agroekologie je mezioborovádisciplína

• mezi biologicko-ekologickými vědami a zemědělskými a lesnickými vědami

• v oblasti zemědělských a lesnických věd se týká jak zoo-, tak fytotechnických oborů, ale zároveň i oborů ekonomických

Agroekologie vs. konvenčníagronomie

• Konvenční agronomie předpokládá, že produkce farmy může být pochopena objektivně, bez ohledu na farmáře, bez ohledu na společenský systém a bez ohledu na okolí agroekosystému. A zároveň, že tato produkce může být pochopena atomisticky, tedy nezávisle, po malých, oddělených částech– proto odlišuje disciplíny a subdisciplíny a studuje např. fyzikální

vlastnosti půdy nezávisle na biologických vlastnostech, tedy odděleně od živých organizmů, které v půdě žijí

– takto odděleně odvozené technologie mohou mít čas od času neočekávané efekty, zvláště ve vzájemných kombinacích, a kumulativníefekt konvenčních zemědělských technologií může mít čas od času devastující ekologické i ekonomické dopady

• Agroekologie má k vývoji zemědělství odlišný přístup

Cíle agroekologie• poskytnout znalosti a metodologii pro vývoj trvale udržitelných

zemědělských systémů, které by racionalizovaly stávajícízemědělské systémy a odstranily jejich nepříznivé rysy v oblasti ekonomické, ekologické a společenské

• vyvinout agroekosystémy s minimální závislostí na chemických a energetických vstupech zvenčí, ve kterých bude maximalizována přirozená půdní úrodnost, produktivita a ochrana před škůdci a chorobami, a to díky ekologickým interakcím mezi složkami agroekosystému (Altieri & Rosset1995)

• na základě pochopení složitých procesů manipulovat agroekosystémem tak, aby bylo dosaženo zlepšení produkce a trvalé udržitelnosti, a to při menších negativních dopadech a při menší spotřebě vnějších vstupů než v konvenčním (industriálním) zemědělství (Reijntjes et al. 1992)

Vývoj agroekologického

myšlení

1. Místní (krajové) zemědělskésystémy

• adaptace plodin i hospodářských zvířat k místnímu prostředí, včetně kulturních a politických vlivů

• přetrvaly po staletí až tisíciletí a obvykle byly rozvráceny vnějším zásahem– Evropanů po objevu zámořských plaveb a jejich kolonizací

objevených území• K narušení místních systémů přispěly i nemoci (např. zavlečení

neštovic do Ameriky vyhubilo během 100 let asi 90 % indiánů), trh s otroky (za 200 let bylo do Ameriky importováno asi 20 miliónůotroků)

– misionářská činnost– celosvětová expanze industriálních zemědělských systémů

Závěry studia tradičních zemědělských systémů (70. a 80. léta 20. stol.)

• produkční systémy je možno pochopit pouze v celkovém společensko-kulturním kontextu– Například výše výstupu na jednotku

investované práce může být mnohem významnější veličinou než výše sklizně na jednotku plochy

Souvisí rozvrácení tradičních zemědělských systémů s šířením

křesťanství?• kniha Genesis postavila člověka nad přírodu (Bůh stvořil

člověka k obrazu svému a dal mu vládu nad světem)• uctívání přírody bylo považováno za pohanské a bylo

potlačováno silou; tím člověk ztrácel morální odpovědnost k přírodě

• výjimky, které vykládaly Písmo odlišně (František z Assisiapod.), byly ve své době považovány za kacířské

• environmentálně přátelské technologie a metody řízeníekosystémů se proto vyvinuly a leckde přetrvaly dodnes zejména v zemích, jejichž společensko-kulturní vývoj byl postaven na náboženstvích, která považují člověka za součást přírody, nebo mu dokonce přikazují o přírodu pečovat a chránit ji.

2. Vliv ekologie

• Celá ekologie agroekosystémů je založena na předpokladu, že přírodní ekosystémy jsou modely pro dlouhodobé řízenízemědělství

• Pro agroekologii byly zejména významnéobjevy ekologie v oblasti toku energie a koloběhu živin, interakcí typu škůdce –rostlina a v oblasti výzkumu sukcese

Historie agroekologie

1. Období půdní ekologie2. Obdobím ekofyziologie plodin3. Období environmentalismu4. Obdobím trvalé udržitelnosti

agroekosystémů

1. Období půdní ekologie• Darwin (1882): vliv edafonu (= půdních organismů) na

půdní úrodnost a záporný vliv některých kultivačních postupů na vztahy mezi edafonem a půdní úrodností– ještě v prvních dvou desetiletích 20. století se agroekologický

výzkum soustředil především na půdní prostředí (v té době již byly k dispozici více než padesátileté zkušenosti s využíváním umělých hnojiv)

• později ucelené technologické postupy tvořící základy tzv. alternativních zemědělských systémů: Steiner (1924) biodynamické zemědělství, Northburn (1940) organickézemědělství, Howard (1943) humusové hospodaření

2. Období ekofyziologie plodin(konec 20. a přelom 50. a 60. let 20. stol.)

• fyziologické a agronomické faktory, kteréovlivňují rozšíření a adaptace zemědělských plodin– (obecná ekologie se v této době oddálila od

zemědělství, protože se naplno věnovala přírodním systémům)

3. Období environmentalismu• 50. a zejména 60. léta minulého století znamenala ve vyspělých

zemích vlnu extrémní industrializace• Díky relativně nízkým cenám vstupů, zejména ropy a

agrochemikálií, byly „zapomenuty“ ideje humusového hospodařeníi šetrné technologie (např. mechanické ničení plevelů)

• zvyšovala se velikost farem a důraz byl kladen na kontinuálnímonokultury (monokroping)

• ekonomické, politické, urbanizační a populační tlaky změnily agroekosystém z relativně harmonického na „industriální“, spojený, vedle rostoucí produkce, také s environmentální degradací

• Zemědělský výzkum se soustředil na produkci a technologie a pro agroekologii nastala krátká „doba temna“– (která v některých zemích s totalitními režimy trvala až do konce 80. let)

• Rostoucí vědomí následků, které takovéto hospodaření může přinést, vedlo ke vzniku ideologie environmentalismu

3. Období environmentalismu(zejména přelom 60. a 70.let)

• byly použity maltuziánské vize nerovnováhy mezi exponenciálním populačním růstem a omezenými zdroji planety, vnímané jako důsledek nesprávných technologií a sílícího populačního tlaku(Ehrlich 1968, Hardin 1968, Meadows 1972)

• otázky znečištění prostředí, včetně toxického vlivu agrochemikálií– Carsonová R. (1964) : „The silent spring“

• porovnávaly se „vyspělé“ produkční systémy, s velkými výstupy na jednotku plochy a velkou efektivitou lidské práce, s „tradičními“systémy, vysoce efektivními na jednotku vložené energie– „překvapením“ bylo zjištění, že vysoké výnosy jsou v industriálních

systémech dosahovány efektivní konverzí neobnovitelných zdrojů do produkce

3. Období environmentalismuČtyři základní poznatky pro agroekologii

1. Poznání malé energetické efektivity moderního zemědělství• zvyšuje produkci na základě transformací masivních vstupů

energomateriálových dodatků a nikoli zvýšením produkčního potenciálu agroekosystému samotného

2. Řada zejména tropických zemědělských systémů je produktivníbez destruktivních vlivů na prostředí

• a je výborně adaptována jak k lokálním přírodním podmínkám tak společensko-ekonomickému prostředí

3. Vývoz industriálních zemědělských technologií do tropických zemí (tzv. "zelená revoluce") sice zvýší produkci, ale s mnoha negativními dopady

• jak na ekologicky zranitelné okolí, tak na široké skupiny obyvatelstva4. Environmentální ideologie zásadním způsobem ovlivnila vývoj,

zavádění a provozování ekologicky zaměřených, tzv. alternativních produkčních systémů

1. Poznání malé energetickéefektivity moderního zemědělství

• Pimentel (1973): americký produkční systém je sice vysoce produktivní, vyjádříme-li jeho efektivitu ve vyprodukované energii na jednotku plochy, ale velmi málo efektivní, počítáme-li jeho efektivitu vyprodukovanou energií na jednotku vložené energie

• některé technologie používané v zemích "třetího světa" se jeví při takto postavených kritériích efektivnější než technologie moderního amerického zemědělství

2. Řada zejména tropických zemědělských systémů je produktivní bez destruktivních

vlivů na prostředí

• studium tradičních agroekosystémů, zejména tropických zemí, může značněobohatit poznání ekologicky založeného řízení agroekosystémů– systémy kočovného polaření (Richardsová

1939, Conklin 1956)– víceplodinové systémy a agrolesy

3. Vývoz industriálních zemědělských technologií do tropických zemí (tzv.

"zelená revoluce") sice zvýší produkci, ale s mnoha negativními dopady

• Janzen (1973) a Levins (1973): výzva zemědělským výzkumníkům, aby zvážili, zda se technologie, vyvinuté v mírných zeměpisných pásmech, skutečně hodí do tropických zemí

4. Environmentální ideologie zásadním způsobem ovlivnila vývoj, zavádění a

provozování ekologicky zaměřených, tzv. alternativních produkčních systémů

• INTECOL, 1976 (1. mezinárodní ekologický kongres): produkční paradigma, kde se zájem soustředil na maximalizaci produkce, a výzkum byl soustředěn na efektivitu, čili vztah výstupu ku vstupu, bylo vystřídáno ekosystémovýmparadigmatem, v jehož rámci se posuzuje systém jako celek, se všemi vedlejšími dopady jednotlivých opatření

4. Obdobím trvalé udržitelnosti agroekosystémů (posledních 30 let)

• summit Země schvaluje v r. 1992 na konferenci v Rio de Janeiru ideu trvale udržitelného rozvoje: trvale udržitelný je takový rozvoj, který se neděje na úkor rozvoje budoucího– v oblasti využívání agroekosystémů je

nejvýznamnějším požadavkem nedegradování (tj. nesnižování kvality ani množství) zdrojů prostředí, (přírodních, lidských, kapitálových i produkčních)

• probíhá v období globalizace