Wpływ rolnictwa na różnorodność biologiczną

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 jego degradacji.

R1VbN9fGszRrX

Fotografia przedstawia pole uprawne. W oddali znajduje się czerwony ciągnik, zbierający plon. Za nim znajduje się wąski pas drzew oraz kolejne pole, okryte mgłą.

1. Rolnictwo tradycyjne

Kiedy człowiek ok. 10 tysięcy lat p.n.e. zajął się rolnictwem, wszystkie prace wykonywał ręcznie, co implikowało ograniczenie powierzchni pól uprawnych. Ze względu na niewielkie możliwości przemieszczania się na duże odległości wykorzystywano rolniczo 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 agrocenozyagrocenozaagrocenozy 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 osiedlać się na budynkach gospodarczych, w których znajdowały duże ilości owadów.

RKkTyoerb3yjL

Fotografia przedstawia krajobraz pól uprawnych. Z lewej jest polna droga, w głębi dwa krzaki i drzewo. Na niektórych polach rośnie zielona kukurydza. W centrum stoi czerwony ciągnik z pługiem. Pole z prawej u dołu jest już zaorane. Chodzą po nim trzy biało‑czarne bociany.

Przed wynalezieniem maszyn rolniczych powierzchnia poszczególnych pól zazwyczaj nie przekraczała 0,5 hektara. Pomiędzy nimi występowały zadrzewienia i zakrzewienia oraz fragmenty naturalnych ekosystemów – miedze. Były one 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.

R1K0cTYAe2Bna

Fotografia przedstawia krajobraz zielonych pól uprawnych. W rzędach pomiędzy nimi posadzone są drzewa.

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 np. nawozów sztucznych i pestycydów, w wyniku czego uzyskuje się niewielkie plony w porównaniu z tymi osiąganymi w rolnictwie intensywnym, ukierunkowanym na maksymalną wysokość plonów.

2. Rolnictwo intensywne a różnorodność biologiczna

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

Z biegiem czasu pola stawały się monokulturami, czyli 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 mechanizacji rolnictwa.

Ogromne pola uprawne stanowią także swoistą barierę uniemożliwiającą przemieszczanie się wielu gatunków. Są np. przeszkodą dla nasion dzikich gatunków roślin. Co prawda nasiona te padają na ziemię orną i tam kiełkują, ale usuwane są stamtąd jako niepożądane rośliny. Wiatr również nie może przenosić nasion na duże odległości. 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. Także owady zapylające nie są w stanie pokonać rozległych przestrzeni, dlatego między rozdzielonymi populacjami nie zachodzi wymiana genów.

3. Historia ziemniaka i stonki

Wielkie zmiany w rolnictwie przyniosły długodystansowe podróże. Z dalekich wypraw przywożono nasiona i sadzonki roślin. Wiele roślin uprawnych, np. ziemniaki, kukurydza, pomidory i papryka, trafiło w ten sposób do Europy z Ameryki. Część z nich zastąpiła uprawiane rośliny i ze względu na swoją wysoką produktywność stała się gatunkami dominującymi w agrocenozach. Większość z nich jest ciepłolubna i dlatego w europejskim klimacie może rozmnażać się jedynie wegetatywnie. Z tego 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 ziemniakazaraza ziemniakazarazy ziemniaka. 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 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 w. pojawiła się w Europie i stosunkowo szybko opanowała uprawy ziemniaka na całym kontynencie, a także w dużej części Azji.

R1A8udnsuDhV9

Ilustracja przestawia mapę Europy. Kraje zaznaczono konturami na białym tle. Kolorami oznaczono kolejne etapy rozprzestrzeniania się stonki. Rozprzestrzenianie się stonki rozpoczęło się od lewego wybrzeża Francji w roku 1921 i 1922. W roku 1930 zasięg obejmował około jedną czwartą kraju, 1933 roku połowę kraju. W 1935 roku stonka zaczęła rozprzestrzeniać się w Andorze, Hiszpanii i Belgii. W 1945 zasięg objął Belgię, niemal całą Hiszpanię i Holandię oraz pół Portugalii i Szwajcarii. W 1952 zasięg stonki objął całe Niemcy, większość obszaru Czech, zachodni obszar Polski, Północ i wschód Austrii, Północne Włochy, niemal cały obszar Słowenii i fragment Chorwacji, a także sięgnął dalej na zachód w Hiszpanii i Portugalii. W 1960 roku zasięg stonki objął cały półwysep Iberyjski, 50% Włoch, Całą Polskę z Obwodem Kaliningradzkim, Czechy, Słowację, Węgry, Chorwację, Bośnię i Hercegowinę, pół Czarnogóry, Kosowo i Macedonię Północną, całą Serbię, fragment Bułgarii, ok. 80% obszaru Rumunii oraz zachodnie obszary Ukrainy, Białorusi i Litwy. W 1964 roku zasięg zwiększył się w kierunku wschodnim, obejmując Półwysep Bałkański i sięgając Morza Egejskiego oraz Morza Czarnego. Od ostatniego zakresu prowadzą czarne strzałki w wielu kierunkach, co oznacza, że ekspansja stonki nadal trwa.

4. Chemizacja rolnictwa a różnorodność biologiczna

Długotrwała uprawa określonych gatunków roślin prowadzi do jałowienia glebyjałowienie glebyjałowienia 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. Intensywne gospodarowanie gruntami (np. zbieranie plonów kilkukrotnie w ciągu roku lub obsiewanie pól tym samym gatunkiem przez wiele lat) także przyspiesza degradację gleby. Z tego powodu we współczesnym rolnictwie używa się ogromnych ilości nawozów sztucznych.

Nawozy sztuczne zawierają biogenybiogenybiogeny – pierwiastki niezbędne do prawidłowego funkcjonowania organizmów. Biogeny występujące w środowisku w nadmiarze stają się zanieczyszczeniami. Z pól nawożonych w nieprawidłowy sposób pierwiastki są spłukiwane przez deszcze do cieków i zbiorników wodnych, co przyczynia się do ich przenawożenia (eutrofizacjieutrofizacjaeutrofizacji). 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 liczebności protistów. Towarzyszy mu spadek przejrzystości wody. W wyniku niedoboru światła w głębszych warstwach zbiornika dochodzi do obumarcia części protistów i roślin naczyniowych. Rozkład martwej materii przez bakterie wiąże się z pochłanianiem dużych ilości tlenu. Gdy zostanie on całkowicie zużyty, następuje beztlenowy rozkład materii, którego produktem jest m.in. 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. PestycydypestycydyPestycydy 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 oraz 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.

Ri1IEtzpIsBkW

Fotografia przedstawia żółty ciągnik jadący po polu. Traktor ma z tyłu doczepione urządzenia zraszające, z których wykonywany jest oprysk zielonych, małych roślin na polu. Za traktorem na rośliny opada mgła z pestycydami.

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

Ptaki, w organizmach których nastąpiła kumulacja DDT, składały jaja w bardzo cienkich skorupkach, co było przyczyną ich częstego zgniatania podczas wysiadywania. W konsekwencji doszło do obniżenia rozrodczości i liczebności tych zwierząt, a potem także do wymarcia niektórych populacji, np. sokoła wędrownego w Polsce i Stanach Zjednoczonych. Zdziesiątkowane zostały też populacje ptaków owadożernych, jak np. rudzika.

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 ten związek w organizmach – taki stan będzie się utrzymywał jeszcze dziesiątki lat. Dlatego używanie jakiegokolwiek pestycydu powinno być ograniczone do niezbędnego minimum, ponieważ zawsze zagraża 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.

RlYGVxjDAgUou

Ilustracja przedstawia kumulację DDT na kolejnych poziomach troficznych. Widać schematycznie narysowaną błękitną sfalowaną wodę i jaśniejsze niebo nad nią. W wodzie i nad nią znajdują się koła z wizerunkami zwierząt, połączone strzałkami. Czerwone strzałki wskazują przenoszenie DDT na kolejne poziomy troficzne. Poziom trucizny oznaczono kolorem żółtym u dołu i kolejno podpisano. DDT w wodzie – 0,000003 ppm, zooplankton – 0,04 ppm, małe ryby – 0,5 ppm, duże ryby –2 ppm, ptaki rybożerne – 10 ppm.

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. Dodatkowym czynnikiem naruszającym stosunki wodne jest 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. 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.

6. Różnorodność genetyczna i gatunkowa roślin uprawnych i zwierząt hodowlanych

Od tysięcy lat hodowcy stosują dobór sztuczny, aby wzmocnić pewne cechy u zwierząt i roślin. Jest to proces polegający na wybieraniu i krzyżowaniu osobników z pożądanymi cechami w celu wzmocnienia tych cech w populacji. W wyniku takiego doboru powstają nowe odmiany roślin i rasy zwierząt, które często mają lepsze cechy użytkowe niż ich dzicy przodkowie.

Jednak stosowanie doboru sztucznego prowadzi do zubożenia wewnątrzgatunkowej różnorodności genetycznej gatunków użytkowych, ponieważ hodowcy wybierają tylko jedną lub kilka cech, które są im potrzebne, ignorując inne, mniej istotne z ich punktu widzenia. W ten sposób geny warunkujące mniej pożądane cechy są eliminowane z populacji. Może to wpłynąć np. na odporność gatunku na zmiany środowiska lub choroby.

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

RWqn2bAH1mwcS

Fotografia przedstawia pole dojrzałej pszenicy. W głębi znajdują się zielone drzewa.

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.

7. Próby naprawienia szkód wyrządzonych przez rolnictwo

W wielu krajach rozwiniętych bierze się pod uwagę szkody, jakie rolnictwo wyrządziło lokalnej bioróżnorodności. Obecnie podejmuje się liczne działania mające na celu zahamowanie ubożenia ekosystemów oraz spadku różnorodności gatunkowej i genetycznej. Nieużytkowane obszary rolnicze, zwłaszcza na terenie Unii Europejskiej, 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 się, 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.

R1LNx6N3Apy0c

Fotografie przedstawiają dwie stare odmiany jabłek w koszykach. Z lewej Szara Reneta o ciemnej skórce z licznymi brązowymi przebarwieniami. Z prawej jabłka odmiany Książę Albrecht, zielono żółte z czerwonym rumieńcem.

RJBKc0IoNUN8l

Fotografia przedstawia gęś o białym upierzeniu z brązową głową i skrzydłami. Ma pomarańczowy dziób i nogi. To stara rasa, gęś podkarpacka.

Podsumowanie

• Rolnictwo tradycyjne to forma uprawy roślin i hodowli zwierząt oparta na ekstensywnej produkcji, bez stosowania sztucznych nawozów i pestycydów, natomiast rolnictwo nowoczesne to forma intensywnej produkcji z zastosowaniem nowoczesnych technologii.

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

• Stosowany w rolnictwie dobór sztuczny prowadzi do zubożenia wewnątrzgatunkowej różnorodności genetycznej 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 takich 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.

• Osuszanie gruntów pod uprawę roślin narusza stosunki wodne w ekosystemach.

• 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.

Słownik

Zadania