Антропогенные экосистемы — биология

Антропогенные экосистемы

Как деятельность человека влияет на природные экосистемы?

Человечество в процессе своего исторического развития влияет на природные биогеоценозы, создавая антропогенные экосистемы различного типа: агробиоценозы, урбоценозы и др.

Агробиоценоз (агроценоз). Агробиоценоз, или агроценоз (от греч. agros – поле), – неустойчивая экосистема, созданная и поддерживаемая человеком с целью производства сельскохозяйственной продукции. Примеры агробиоценозов – поля, культивируемые луга, огороды, сады, виноградники и др. (рис. 46).

Рис. 46. Агроценозы: поля, пастбища, огороды
Агроценозы – это автотрофные экосистемы, использующие энергию Солнца. Человек вносит в агроценозы дополнительную энергию (в результате обработки почвы, использования удобрений, полива и т. п.

), доля которой не превышает 1% от энергии солнечного излучения, усваиваемой растениями агробиоценоза.

По сравнению с естественными биогеоценозами в агроценозах резко снижено разнообразие видов, а те виды, которые культивируются человеком, обладают слабо выраженными механизмами саморегуляции и поддерживаются благодаря искусственному отбору.

Популяции культурных растений «изнежены» уходом в течение многих поколений. Нередко они утрачивают свойства, обеспечивающие их выносливость, поскольку селекцию этих растений проводят на повышение урожайности в ущерб другим особенностям.

В агроценозах заметно снижен возврат в почву минеральных и органических веществ, что объясняется выносом веществ при уборке урожая, а поэтому в них нарушаются природные круговороты веществ, резко укорачиваются цепи питания.

В настоящее время агробиоценозы занимают более 30% земельных ресурсов мира. Распашка и освоение новых земель приводят не только к резкому снижению числа обитающих видов, но и к существенному увеличению количества особей культурных растений на 1 м2 пахотного горизонта.

Упрощенная маловидовая экосистема, поддерживаемая человеком, какой является агробиоценоз, утрачивает естественную устойчивость по отношению к меняющимся условиям среды.

А это заставляет человека вкладывать все больше сил для защиты посевов: он вносит удобрения, возделывает пахотный слой, борется с сорняками и вредителями растений.

Дальнейший рост площадей, занятых агроценозами, может привести к существенному нарушению устойчивости биосферы в целом.

Для снижения негативных последствий монокультурного сельского хозяйства необходимо применять природоохранные методы агротехники, щадящие приемы обработки земли (например, безотвальная вспашка), осуществлять севооборот культурных растений, использовать биологические способы борьбы с вредителями растений, совершенствовать технологии и способы внесения удобрений и т. д.

Урбоценоз. Урбоценозы (от лат. urban – городской) – наиболее измененные человеком экосистемы. Город – искусственно созданная неустойчивая антропогенная экосистема (рис. 47). Он состоит из архитектурно-строительных объектов (промышленных и жилых зданий, различных коммуникаций и т. д.), искусственных ландшафтов и резко нарушенных природных экосистем (парков, садов).

Рис. 47. Город — искусственно созданная экосистема
Главная особенность урбоценозов заключается в том, что потоки веществ и энергии в них регулируются деятельностью человека. Доля солнечной энергии, потребляемой городскими растениями или иногда фиксируемой солнечными батареями, очень незначительна.

Главные источники тепловой и электрической энергии, потребляемой в городе, – это газ, нефть, уголь, атомная энергия.

Основное назначение растений в городских экосистемах – обогащение атмосферного воздуха кислородом, его очищение от пыли и избытка углекислого газа, выделяющегося при сжигании топлива, понижение шумового загрязнения и др.

Растения в городе имеют большое эстетическое значение.

Городские животные представлены не только обычными в естественных биогеоценозах видами птиц, насекомых и других позвоночных и беспозвоночных, но и особой группой животных, называемых спутниками человека. В эту группу входят некоторые виды птиц (воробьи, голуби, вороны), грызуны (крысы и мыши), насекомые (клопы, тараканы, мухи).

Жители города содержат домашних животных, жизнь которых полностью зависит от человека. Проблема бездомных кошек и собак и жестокого к ним отношения в условиях города имеет серьезные экологические и морально-нравственные аспекты.

Одна из особенностей города – потребление большого количества воды. Использованная вода в виде промышленных и бытовых стоков возвращается в природу в загрязненном состоянии.

В ней содержатся тяжелые металлы, остатки нефтепродуктов, ядовитые органические вещества (фенолы, бензпирен и др.).

В сточных водах, кроме того, могут содержаться болезнетворные микроорганизмы, поэтому требуется серьезная очистка воды.

В атмосферном воздухе городской среды накапливаются ядовитые газы, пыль, источниками которых являются промышленные предприятия и разные виды транспорта, особенно автотранспорт.

Все названные факторы становятся причинами роста числа заболеваний городского населения.

К мерам оптимизации городской среды следует отнести: увеличение площади зеленых насаждений, совершенствование способов утилизации городских отходов, регулирование потоков автотранспорта„ экологически целесообразную застройку территорий, переход на экологически чистые источники энергии (геотермальная и солнечная энергия, энергия ветра, приливов и отливов) и т. д.

Во многих городах России в рамках молодежных экологических проектов проводится работа по охране и оптимизации городской среды («Букет из Красной книги» (Москва), «Прозрачные воды Невы» (Санкт-Петербург)).

В соответствии с некоторыми экологическими программами детей и взрослых обучают правильно выбирать породы деревьев и высаживать их в условиях города.

Так, в соответствии с программой «Trees – people» («Деревья– люди») за последние 20 лет было высажено более 200 млн деревьев (США, штат Калифорния).

Вопросы и задании

  1. Какие экосистемы называют антропогенными?
  2. Почему агробиоценозы – неустойчивые экосистемы» Какие отличительные черты характеризуют агробиоценозы?
  3. Назовите и обоснуйте меры, способствующие уменьшению негативных последствий роста площадей, занятых агробиоценозами.
  4. Почему урбаценозы – наиболее измененные экосистемы?
  5. Почему в урбоценозах невозможно равновесие потоков вещества и энергии?

Источник: http://blgy.ru/biology10/agrocenosis

Сайт преподавателя химии и биологии Коноваловой Лидии

Сравнение природной и упрощенной антропогенной экосистем (по Миллеру, 1993)

Природная экосистема(болото, луг, лес) Антропогенная экосистема(поле, завод, дом)
Получает, преобразует, накапливает солнечную энергию. Потребляет энергию ископаемого и ядерного топлива.
Продуцирует кислород и потребляет диоксид углерода. Потребляет кислород и продуцирует диоксид углерода при сгорании ископаемого топлива.
Формирует плодородную почву. Истощает или представляет угрозу для плодородных почв.
Накапливает, очищает и постепенно расходует воду. Расходует много воды, загрязняет ее.
Создает местообитания различных видов дикой природы. Разрушает местообитания многих видов дикой природы.
Бесплатно фильтрует и обеззараживает загрязнители и отходы. Производит загрязнители и отходы, которые должны обеззараживаться за счет населения.
Обладает способностью самосохранения и самовосстановления. Требует больших затрат для постоянного поддержания и восстановления.

Главная цель создаваемых сельхозсистем — рациональное использование тех биологических ресурсов, которые непосредственно вовлекаются в сферу деятельности человека — источники пищевых продуктов, технологического сырья, лекарственных препаратов.

Агроэкосистемы создаются человеком для получения высокого урожая — чистой продукции автотрофов.

Обобщая все уже сказанное об агроэкосистемах подчеркнем следующие их основные отличия от природных (таблица 2).

1. В агроэкосистемах резко снижено разнообразие видов:

§  снижение видов культивируемых растений снижает и видимое разнообразие животного населения биоценоза;

§  видовое разнообразие разводимых человеком животных ничтожно мало по сравнению с природным;

§  культурные пастбища (с посевом трав) по видовому разнообразию похожи на сельскохозяйственные поля.

2. Виды растений и животных, культивируемых человеком, «эволюционируют» за счет искусственного отбора и неконкурентоспособны в борьбе с дикими видами без поддержки человека.

3. Агроэкосистемы получают дополнительную энергию, субсидируемую человеком, кроме солнечной.

4. Чистая продукция (урожай) удаляется из экосистемы и не поступает в цепи питания биоценоза, а частичное ее использование вредителями, потери при уборке, которые тоже могут попасть в естественные трофические цепи. Всячески пресекаются человеком.

5. Экосистемы полей, садов, пастбищ, огородов и других агроценозов — это упрощенные системы, поддерживаемые человеком на ранних стадиях сукцессии, и они столь же неустойчивы и неспособны к саморегуляции, как и природные пионерные сообщества, а потому не могут существовать без поддержки человека.

Таблица 2

Сравнительная характеристика природных экосистем и агроэкосистем.

Природные экосистемы Агроэкосистемы
Первичные естественные элементарные единицы биосферы, сформировавшиеся в ходе эволюции. Вторичные трансформированные человеком искусственные элементарные единицы биосферы.
Сложные системы со значительным количеством видов животных и растений, в которых господствуют популяции нескольких видов. Им свойственно устойчивое динамическое равновесие, достигаемое саморегуляцией. Упрощенные системы с господством популяций одного вида растения и животного. Они устойчивы и характеризуются непостоянством структуры своей биомассы.
Продуктивность определяется приспособленными особенностями организмов, участвующих в круговороте веществ. Продуктивность определяется уровнем хозяйственной деятельности и зависит от экономических и технических возможностей.
Первичная продукция используется животными и участвует в круговороте веществ. «Потребление» происходит почти одновременно с «производством». Урожай собирают для удовлетворения потребностей человека и на корм скоту. Живое вещество некоторое время накапливается, не расходуясь. Наиболее высокая продуктивность развивается лишь на короткое время.

Источник: http://lidijavk.ucoz.ru/publ/k_urokam_biologii/sravnenie_prirodnoj_i_antropogennoj_ehkosistem/3-1-0-53

Общие представления об антропогенных экосистемах (стр. 1 из 2)

Общие представления об антропогенных экосистемах

Содержание

Введение.

Глава 1. Человек и экосистемы

1.1 Типы экосистем

1.2 Агроэкосистемы

Глава 2. Индустриально–городские системы

2.1 Процессы урбанизации

2.2 Урбанистические системы

Заключение

Список используемой литературы

Введение

Человек в конкурентной борьбе за выживание в природной окружающей среде начал строить свои искусственные антропогенные экосистемы. Примерно десять тысяч лет назад он перестал быть, рядовым» консументом, собирающим дары природы, и начал эти «дары» получать сам, посредством своей трудовой деятельности, создав сельское хозяйство – растениеводство и животноводство.

Освоив сельскохозяйственную модель, человек исторически подошел к промышленной революции, которая началась 200 лет назад, и до современного комплексного взаимодействия с окружающей средой по искусственной модели (рис.1). На современном этапе он для удовлетворения своих все возрастающих потребностей вынужден изменять природные экосистемы и даже разрушать их, возможно, и не желая этого.

Термин «Экосистема » (от греческого оikos – жилище, местообитание, объединение) – это совокупность совместно обитающих организмов и условий их существования, находящихся в закономерной взаимосвязи друг с другом и образующих систему взаимообусловленных биотических и абиотических явлений и процессов .

Термин «экосистема» предложен английским ботаником А.Д.Тенсли (1871-1955). Он считал, что экосистемы, «с точки зрения эколога, представляют собой основные природные единицы на поверхности Земли», в которые входит «не только комплекс организмов, но и весь комплекс физических факторов, образующих факторы местообитания в самом широком смысле».

Энергия – это изначальная движущая сила экосистем, при чем всех – и природных и антропогенных. Энергетические ресурсы всех систем могут быть исчерпаемы — солнце, ветер, приливы и исчерпаемы – топливо-энегетичес — кими (уголь, нефть, газ). Используя топливо, человек должен добавлять энергию в систему или даже полностью ее субсидировать энергией.

Глава 1. Человек и экосистемы

1.1 Типы экосистем

Опираясь на энергетические особенности существующих систем, можно их классифицировать, приняв энергию за основу, и выделил четыре фундаментальных типа экосистем:

1. природные: движимые Солнцем, несубсидируемые;

2. природные, движимые Солнцем, субсидируемые другими естественными источниками;

3. движимые Солнцем и субсидируемые человеком;

4. индустриально-городские, движимые топливом (ископаемым, другим органическим и ядерным).

Эта классификация принципиально отличается от биомной, основанной на структуре экосистем, так как она основана на свойствах среды. Тем не менее, она хорошо дополняет ее. Первые два типа – это природные экосистемы , а третий и четвертый следует отнести к антропогенным.

К первому типу экосистем относятся океаны, высокогорные леса, являющиеся основой жизнеобеспечения на планете Земля.

Ко второму типу экосистем относятся эстуарии в приливных морях, речные экосистемы, дождевые леса, т.е. те, которые субсидируются энергией приливных волн, течений и ветра.

Экосистемы первого типа занимают громадные площади – одни океаны – это 70% территории земного шара. Ими движет энергия только самого Солнца, и они являются основой, стабилизирующей и поддерживающей жизнеобеспечивающие условия на планете.

Экосистемы второго типа обладают высокой естественной плодородностью. Эти системы «производят» столько первичной биомассы, что ее хватает не только на собственное содержание, но часть этой продукции может выноситься в другие системы или накапливаться.

Читайте также:  Биогеоценоз, его состав и структура - биология

Таким образом, природные экосистемы «работают» на поддержание своей жизнедеятельности и собственного развития без всяких забот и затрат со стороны человека, более того, в них создается и заметная доля пищевых продуктов и других материалов, необходимых для жизни самого человека. Но главное именно здесь очищаются большие объемы воздуха, возвращается в оборот пресная вода, формируется климат и др.

Совсем иначе работают антропогенные экосистемы. К ним можно отнести третий тип – это агроэкосистемы, аквакультуры, производящие продукты питания и волокнистые материалы, но уже не только за счет энергии Солнца, а и дотации ее в форме горючего, поставляемого человеком.

Эти системы походят на природные, поскольку саморазвитие культурных растений в период вегетации – это процесс природный и вызван к жизни природной солнечной энергией. Но подготовка почв, сев, уборка урожая и др.

– это уже энергетические затраты человека. Более того, человек практически целиком меняет природную экосистему, что выражается, прежде всего, в ее упрощении, т.е.

снижении видового разнообразия вплоть до сильно упрощенной монокультурной системы (таблица 1).

Таблица 1

Сравнение природной и упрощенной антропогенной экосистем (по Миллеру, 1993)

Современное сельское хозяйство позволяет постоянно из года в год удерживать экосистемы на ранних стадиях сукцессий, добиваясь максимальной первичной продуктивности одной или нескольких растений. Крестьянам удается добиваться высоких урожаев, но дорогой ценой, а цена эта обуславливается затратами на борьбу с сорняками, на минеральные удобрения, на образование почв и т.д.

Устойчивое появление новых видов, например, травянистых растений, есть результат естественного сукцессионного процесса.

Животноводство – это также путь к упрощению экосистемы; охраняя полезных ему сельскохозяйственных животных, человек уничтожает диких животных: травоядных, как конкурентов в пищевых ресурсах, хищников – как уничтожающих домашний скот.

Вылов ценных видов рыб упрощает экосистемы водоемов. Загрязнение воздушной и водной сред также ведет к гибели деревьев и рыб и «обирает» природные экосистемы.

По мере роста народонаселения, люди будут вынуждены преобразовывать все новые зрелые экосистемы в простые молодые продуктивные. На поддержание этих систем в «молодом» возрасте увеличивается использование топливо-энергетичеких ресурсов. Кроме того, произойдет утрата видового (генетического) разнообразия и природных ландшафтов (таблица 1).

Молодая, продуктивная экосистема очень уязвима из-за монотипного видового состава, так как в результате какой-то экологической катастрофы (засухи), ее уже не восстановить вследствие разрушения генотипа.

Но для жизни человечества они необходимы, поэтому наша задача – сохранить баланс между упрощенными антропогенными и соседствующими с ним более сложными, с богатейшим генофондом, природными экосистемами, от которых они зависят.

Энергетические затраты в сельском хозяйстве велики – природные плюс субсидируемые человеком и, тем не менее, самое продуктивное сельское хозяйство находится примерно на уровне продуктивных природных экосистем.

Продуктивность и тех и других основана на фотосинтезе действительное различие между системами лишь в распределении энергии: в антропогенной она поглощается лишь несколькими (одним-двумя) видами, а в природной — многими видами и веществами.

В экосистемах четвертого типа , к которым относятся индустриально-городские системы – энергия топлива полностью заменяет солнечную энергию. По сравнению с потоком энергии в природных экосистемах – здесь ее расход на два-три порядка выше.

1.2 Сельскохозяйственные экосистемы (агроэкосистемы)

Главная цель создаваемых сельхозсистем – рациональное использование тех биологических ресурсов, которые непосредственно вовлекаются в сферу деятельности человека – источники пищевых продуктов, технологического сырья, лекарственных препаратов.

Агроэкосистемы создаются человеком для получения высокого урожая — чистой продукции автотрофов.

Обобщая все уже сказанное об агроэкосистемах подчеркнем следующие их основные отличия от природных (таблица 2).

1. В агроэкосистемах резко снижено разнообразие видов:

·снижение видов культивируемых растений снижает и видимое разнообразие животного населения биоценоза;

·видовое разнообразие разводимых человеком животных ничтожно мало по сравнению с природным;

·культурные пастбища (с посевом трав) по видовому разнообразию похожи на сельскохозяйственные поля.

2. Виды растений и животных, культивируемых человеком, «эволюционируют» за счет искусственного отбора и неконкурентоспособны в борьбе с дикими видами без поддержки человека.

3. Агроэкосистемы получают дополнительную энергию, субсидируемую человеком, кроме солнечной.

4. Чистая продукция (урожай) удаляется из экосистемы и не поступает в цепи питания биоценоза, а частичное ее использование вредителями, потери при уборке, которые тоже могут попасть в естественные трофические цепи. Всячески пресекаются человеком.

Источник: http://MirZnanii.com/a/330629/obshchie-predstavleniya-ob-antropogennykh-ekosistemakh

Особенности антропогенных систем

Антропогенные экосистемы, как, правило, оказываются весьма далекими от естественного равновесия. При этом возможны несколько типичных ситуаций.

Прежде всего, это эксплуатируемые человеком природные экосистемы, находящиеся под большой антропогенной нагрузкой. Если антропогенная нагрузка снимается, то, предоставленные самим себе, они возвращаются в равновесное состояние.

В таком положении находятся леса, систематически подвергающиеся массовой рубке, многие пастбищные угодья.

После уничтожения значительной части природной растительности человек покидает эти территории с тем, чтобы вернуться, когда в результате сукцессии растительность восстановится.

Однако при чрезмерной нагрузке экосистема теряет устойчивость, и в таких случаях бездомная эксплуатация природных ресурсов зачастую ведет к экологическим катастрофам. Страшный пример такого рода – судьба Аральского моря. Это огромное озеро питалось всегда водами двух больших рек, — Амударьи и Сырдарьи, — и вместе с ними образовывало устойчивую систему.

Во второй половине ХХ века воды этих рек стали разбирать на орошение хлопковых плантаций, Аральское море стало быстро высыхать, и к настоящему времени его экосистема практически погибла. Это в свою очередь привело к социальной и гуманитарной катастрофе в окрестностях Арала. Другой пример подобного рода – строительство гидроэлектростанций без учета последствий для водных экосистем.

В результате нерестилища ценных пород рыб оказываются уничтоженными, а окружающие земли – подтопленными. В этих и других подобных случаях на месте зрелых природных экосистем обычно возникают бедные малопродуктивные незрелые сообщества, далекие от естественного равновесия.

Наконец, заброшенные карьеры и места открытых разработок полезных ископаемых оказываются зачастую пустынными территориями, на которых происходит первичная сукцессия.

Другой тип антропогенных биогеоценозов – искусственно созданные и удерживаемые в неравновесном положении системы. Это – пахотные земли и другие сельскохозяйственные угодья, которые иногда называют агроценозами. Как правило, они засеваются одной культурой.

Для получения максимального урожая человек стремится сохранить только два трофических уровня – собственно культурное растение-продуцент и детритофагов и редуцентов в почве, необходимых для поддержания плодородия. Видовое разнообразие становится минимальным, а экологическая ниша культивируемых растений – максимальной.

Понятно, что эта ситуация крайне неустойчива. Культивируемые растения не способны захватить полностью экологическую емкость системы, и фитофаги стараются заполнить пустующие ниши, а дикорастущие растения – конкурировать с выращиваемыми культурами.

Человек называет первых «сельскохозяйственными вредителями», а вторых – «сорняками» и вступает с ними в тяжелую борьбу, длящуюся с переменным успехом уже несколько тысячелетий.

Третий тип антропогенных экосистем – большие города, мегаполисы и целые урбанизированные территории. Экологически эти системы абсолютно неустойчвы, и равновесие здесь может существовать только за счет огромных затрат труда, энергии и материалов.

Невозможно предсказать, как пойдет сукцессия подобных систем, если прекратится их искусственная поддержка. По счастью, полномасштабные опыты такого рода пока не проводились, а ограниченные «эксперименты», проведенные во время мировых войн, были ужасны, но не репрезентативны.

На практике представители дикой природы очень редко способны существовать в урбанизированных районах, так как обычно сразу по многим факторам они оказываются вне своего диапазона толерантности. Загрязнение воздуха отсутствие доступа к чистой воде, дефицит пищи и шум – это только наиболее очевидные из этих факторов.

Так происходит и тогда, когда человек был бы только рад сосуществованию с данным видом. Достаточно посмотреть на угнетенные деревья в городских скверах и на оживленных улицах.

Вместе с тем, города заселяются нежелательными для человека соседями, очень комфортно там себя чувствующими: крысами, мышами, тараканами и даже «птицами мира» — голубями, которые становятся настоящим бедствием. Ситуацию обычно пытаются исправить с помощью зачастую весьма дорогостоящих, но экологически совершенно безграмотных мер.

Желая избавиться от грызунов, рассыпают отраву, вместо того, чтобы тщательно убирать мусор, особенно пищевой. Возле вновь посаженных деревьев оставляются слишком маленькие площадки открытой, не покрытой асфальтом почвы, и деревья гибнут, не получая влаги.

Тратятся большие средства на посев газонов и цветов, но экономятся деньги на их полив.

Список можно расширять до бесконечности. Проблема состоит в том, что человек, будучи биологическим видом, в больших городских агломерациях тоже, по-видимому, оказывается вне своего диапазона толерантности. Свидетельствует об этом тот факт, что большие города быстро бы вымерли, если бы их население не подпитывалось за счет неурбанизированных районов.



Источник: http://biofile.ru/bio/22799.html

Основы экологии. Экологические факторы

Экология – наука о закономерностях взаимоотношений организмов (популяций, видов, сообществ) между собой и со средой обитания. Данный термин был впервые предложен немецким биологом Эрнстом Геккелем в 1869 г.

Как самостоятельная наука она выделилась в начале XX века наряду с физиологией, генетикой и другими. Область приложения экологии – это организмы, популяции и сообщества. Экология рассматривает их как живой компонент системы, которую называют экосистемой.

В экологии понятия популяции – сообщества и экосистемы имеют четкие определения.

Популяция (с точки зрения экологии) – это группа особей одного вида, занимающая определенную территорию и, обычно, в той или иной степени изолированная от других сходных групп.

Сообщество – это любая группа организмов различных видов, обитающих на одной площади и взаимодействующих друг с другом посредством трофических (пищевых) или пространственных связей.

Экосистема – это сообщество организмов с окружающей их средой, взаимодействующих между собой и образующих экологическую единицу.

Все экосистемы Земли объединяются в биосферу или экосферу. Понятно, что совершенно невозможно охватить исследованиями всю биосферу Земли. Поэтому точкой приложения экологии является экосистема. Однако, экосистема, как видно из определений состоит из популяций, отдельных организмов и всех факторов неживой природы. Исходя из этого возможно несколько различных подходов в изучении экосистем.

Экосистемный подход.При экосистемном подходе экологом изучаются поток энергии и круговорот веществ в экосистеме. Наибольший интерес в данном случае представляют собой взаимоотношения организмов между собой и с окружающей средой. Этот подход позволяет объяснить сложную структуру взаимосвязей в экосистеме и дать рекомендации по рациональному природопользованию.

Изучение сообществ. При этом подходе подробно изучается видовой состав сообществ и факторы, ограничивающие распространение конкретных видов. В данном случае исследуются четко различимые биотические единицы (луг, лес, болото и т.д.).
Популяционный подход.

Точкой приложения данного подхода, как явствует из названия, является популяция.
Изучение местообитаний. В данном случае изучается относительно однородный участок среды, где живет данный организм.

Отдельно, как самостоятельное направление исследований он обычно не применяется, но дает необходимый материал для понимания экосистемы в целом.

Читайте также:  Популяция – элементарная единица эволюции. движущие силы эволюции - биология

Следует отметить, что все перечисленные выше подходы в идеале должны применяться в комплексе, но в настоящий момент это практически невозможно из-за значительных масштабов исследуемых объектов и ограниченности количества полевых исследователей.

Экология как наука использует разнообразные методы исследования, позволяющие получить объективную информацию о функционировании природных систем.

Методы экологических исследований:

  • наблюдение
  • эксперимент
  • учет численности популяции
  • метод моделирования

Некоторые задачи современной экологии:

искусственная регуляция численности видов изучение взаимоотношения организмов, популяций, видов между собой изучение закономерностей действия факторов неживой природы на организм решение проблемы охраны природы создание эффективной агротехники выращивания сельскохозяйственных культур

изучение проявлений борьбы за существование в популяциях

Каждый организм в процессе своей жизни испытывает воздействие разнообразных экологических факторов. Все факторы, воздействующие на организм можно разделить на три группы: абиотические, биотические и антропогенные. В современной экологии выделяют три группы факторов:

Факторы неживой природы (абиотические): температура, свет, влажность, концентрация солей, давление, осадки, рельеф, движение воздушных масс.

Абиотические факторы, как явствует из названия, не относятся к факторам живой природы.

Их можно также разбить на отдельные группы: эдафические (почвенные), климатические, топографические и другие физические факторы (огонь, морские и речные течения, волны, приливы и отливы).

Эдафические факторы. Почвой называют слои вещества, лежащие поверх горных пород земной коры. Эта структура имеет важное значение для жизни растений. В эдафическом факторе определяющими для жизни являются структура почвы и ее химический состав. Структура почвы влияет на содержание в ней воды и воздуха.

Наиболее бедными в плане плодородия являются песчаные и глинистые почвы, так как в песчаных почвах низкое содержание воды, а в глинистых – воздуха. Химический состав почвы зависит от минерального содержимого (горная порода, на которой образовалась данная почва) и органического вещества.

От химического состава почвы зависит, какие растения будут на ней произрастать, так как различные виды растений имеют различные потребности к минеральному питанию.

Климатические факторы. Главными климатическими факторами любой экосистемы являются свет, температура, влажность и ветер. Свет играет множественную роль в экосистемах; некоторые процессы, проходящие в экосистемах помощью света, перечислены ниже.

Основным источником тепла является солнечное излучение. Его интенсивность зависит от времени года, географической широты, солнечной активности. Кроме того, источником тепла могут быть водные источники, нагретые теплом Земли (геотермальные источники).

Однако, они играют роль на очень незначительных участках земной поверхности.

Представители каждой группы организмов могут существовать в узком диапазоне температур, к которому приспособлен их метаболизм и структура. Отклонения отданного диапазона приводят к выработке защитных приспособлений либо к миграциям.

В смысле температурной комфортности водная среда является более оптимальной, чем воздушная, так как теплоемкость воды выше и колебания температуры незначительные. Влажность является одним из основных лимитирующих (ограничивающих) факторов в экосистемах.

Дело в том, что вода является основным неорганическим веществом любой клетки и играет значительную роль в любой экосистеме.

По способности переносить недостаток воды в почве растения можно разделить на ксерофиты (имеют высокую выносливость), мезофиты (со средней выносливостью) и гидрофиты (приспособлены к избытку воды). Животные также имеют различные механизмы для сохранения воды в организме. Атмосферные явления являют важной составляющей любой экосистемы.

Казалось бы такие незначительные факторы, как дождь, ветер или давление могут иметь решающее значение на распределение организмов в экосистеме. Приведем несколько примеров. Ветер на открытой местности может вызывать изменения растительности (особенно древесной).

Вспомните хотя бы деревья открытых пространств севера: классический пример с карельской березой, которая на родине имеет искривленный ствол и низкий рост для того, чтобы противостоять натиску ветра. Изменения давления, как климатический фактор также оказывает воздействие на организмы.

Достаточно проследить приспособления, которые вырабатываются у организмов высокогорных зон. Ведь, как известно, с уменьшением давления уменьшается парциальное давление кислорода.

Проще говоря, животные при дыхании испытывают недостаток кислорода и вынуждены вырабатывать приспособления для борьбы с ним (учащенное дыхание и сердцебиение, увеличение объема легких). У растений с понижением давления возрастает транспирация, поэтому они вынуждены вырабатывать приспособления для сохранения воды в организме.

Процессы, протекающие в экосистемах с участием солнечной радиации (света):

Фотосинтез. На процесс фотосинтеза расходуется около 5 % из падающего на растения света. Фотосинтез является начальным процессом для пищевой цепи, так как с его помощью образуется первичное органическое вещество.
Транспирация.

Около 75 % солнечной энергии, попадающей на растение, расходуется на испарение воды.
Фотопериодизм. Периодические колебания продолжительности освещенности важны для «информирования» организмов о смене времени года.
Движение. Фототропизм у растений необходим для обеспечения оптимальной освещенности.

Фототаксис у животных и одноклеточных растений необходим для поиска оптимального места обитания. Зрение у животных. Это один из самых главных органов чувств. Синтез витамина D у человека осуществляется под действием света. Разрушительное действие.

В зонах с повышенной солнечной радиацией необходима выработка приспособлений, обеспечивающих защиту от избыточного воздействия солнечной радиации.

Приспособления к недостаточной влажности у растений и животных:

Уменьшения потери воды

Листья превращаются в иглы или колючки (кактусы и хвойные деревья). Толстая восковая кутикула (листья большинства ксерофитов, насекомые). Выделение азота в виде мочевой кислоты (насекомые, птицы). Дыхательные отверстия прикрыты клапанами (многие насекомые).

Увеличение поглощения воды

Обширная поверхностная корневая система (однодольные растения) или глубоко проникающие корни (эдельвейс). Прорывание ходов к воде (термиты).

Запасание воды

В клеточных стенках (кактусы). В специализированном мочевом пузыре (пустынная лягушка). В виде жира (пустынная крыса, верблюд).

«Уклонение» от проблемы

Переживание неблагоприятных условий в виде семян (однолетние растения), в виде луковиц или клубней (некоторые лилейные). Летняя спячка в слизистом коконе (дождевые черви, двоякодышащие рыбы).

Факторы живой природы (биотические):

  • влияние организмов или популяций одного вида друг на друга
  • взаимодействие особей или популяций разных видов

Биотические факторы – это факторы, связанные с взаимным влиянием организмов друг на друга. Ниже мы приводим несколько возможных взаимоотношений между организмами с небольшой расшифровкой. К биотическим факторам относятся взаимодействия типа:

Хищник – жертва. Под эти взаимоотношения подходят не только взаимоотношения между плотоядными животными и их жертвами; недавняя «жертва» сама становится хищником, поедая растения. На каждом из этих уровней организм вынужден вырабатывать приспособления, позволяющие выжить и в то же время не умереть от голода.

Примеров таких приспособлений множество: защитные образования у растений (колючки, шипы, ядовитые вещества, плотная кутикула…); у травоядных – хороший слух и обоняние, способность к быстрому бегу, различные маскирующие приспособления; у хищников – мощные челюсти и когти, хорошо развитые слух и обоняние (хищники из отряда собачьих) или зрение (хищные птицы).

Паразит – хозяин. Этим типов взаимоотношений занимается целая наука, называемая паразитологией. Ввиду этого мы не будем подробно останавливаться на этом типе взаимоотношений. Отметим только, что такой тип взаимоотношений достаточно распространен в природе и в любой экосистеме паразитические организмы играют одну из ведущих ролей.

Пищевой конкурент – пищевой конкурент. При таком биотическом воздействии не наблюдается открытого уничтожения одних организмов другими, однако, при питании одной и той же пищей преимущество получают те организмы, которые лучше приспособлены к ее поиску и добыче.

Территориальный конкурент – территориальный конкурент. Как и при взаимодействии, отмеченном выше, организмы обычно не вступают в открытую борьбу друге другом, а предпочтение получают организмы, наиболее приспособленные к данному месту обитания.

Факторы, связанные с воздействием человека на природу (антропогенные):

  • прямое воздействие человека на организмы и популяции, экологические системы
  • воздействие человека на среду обитания различных видов

Антропогенные факторы. Данная группа факторов относится ко всякого рода воздействиям на экосистемы человека. Ввиду того, что человек единственное живое существо на Земле, которое способно к радикальному изменению любой экосистемы, антропогенные факторы являются почти всегда решающими.

Антропогенное воздействие на все экосистемы Земли огромно. Трудно даже оценить масштабы такого воздействия.

И даже если в какую-то экосистему никогда не ступала нога человека, можно с уверенностью говорить, что данная экосистема подвергается воздействию антропогенных факторов, так как все экосистемы связаны в единую систему, называемую биосфера

В заключение хотелось бы отметить, что любой организм в любой экосистеме ощущает на себе постоянный пресс всех факторов. Воздействие биотических и антропогенных факторов может быть непосредственным и опосредованным.

Непосредственное воздействие проявляется весьма редко, лишь в случаях прямого контакта между организмами или между организмами и человеком. Такой тип воздействия характерен полностью для абиотических факторов.

Опосредованное воздействие на большинство организмов и экосистем оказывает человек, так как любое крупное воздействие на какую-либо экосистему неминуемо влечет за собой изменение соседних экосистем и это воздействие распространяется далее по цепи. Приведем пример. Вырубка дубов в пойме реки Припять на территории Беларуси привела к уничтожению лесной экосистемы.

Но на этом изменения не закончились. На смену дубам приходит быстро развивающееся дерево ольха. Однако, ольха обладает совершенно другим водным балансом в сравнении с дубом и территория постепенно заболачивается.

Вокруг заболоченной территории начинают процветать гидрофильные виды, Вот так уничтожение всего одного вида организмов повлекло за собой коренное изменение экосистемы и соседних экосистем.

Конкретный фактор среды может воздействовать на организм с той или иной интенсивностью. В этой связи очень важно понять, что такое ограничивающий фактор.

Интенсивность действия фактора среды на организм:

  • Оптимальная (благоприятная) – быстрый рост, активное размножение, увеличение численности в популяции.
  • Максимальная и минимальная (неблагоприятная) – торможение процесса роста, прекращение размножения, общее угнетение организма, гибель.

Действия ограничивающего фактора выходят за пределы максимальных и минимальных пределов выносливости вида.

Ограничивающий фактор:

  • В воде – концентрация кислорода
  • В пустыне – недостаток влаги
  • В тундре – недостаток тепла

Источник: http://ebiology.ru/osnovy-ekologii-ekologicheskie-faktory/

Антропогенные воздействия на экосистемы — Все для МГСУ — Учебный портал для студентов

Антропогенные воздействия на экосистемы

Федеральное агентство  по  образованию
Московский  Государственный Строительный  Университет
Авторы: А.С. Маршалкович, М.И. Афонина, Т.А. Алешина.

ЭКОЛОГИЯ — Конспект лекций.
Москва 2009

Заключение.Список использованной литературы.

Антропогенные воздействия на экосистемы.

   В течение тысячелетий многие культурные растения и одомашненные животные существенно изменились в результате селекции и гибридизации, однако суть земледелия  осталась неизменной. С его развитием люди стали создавать свою собственную экосистему человека.   Это позволило человеку обеспечить себя стабильной пищей, а также перейти к разделению труда: одни продолжали крестьянствовать, а остальные могли посвятить себя другим видам деятельности.   Возникновение экосистемы человека позволило людям по меньшей мере в 10000 раз увеличить свою численность и расселиться по всей планете. Однако это не означает, что принцип лимитирующих факторов к экосистеме человека не применим. Просто способность человека мыслить и изготовлять орудия труда позволила ему (хотя бы временно) преодолеть действие обычных лимитирующих факторов (пища, вода, хищники и паразиты, подходящие места обитания, конкуренция с другими видами).   Преодолеть их действие человек смог:   Но в результате ни одна экосистема на Земле не избежала определенного влияния человека, а многие из них, небольшие по размерам, уже полностью уничтожены. Например, степи почти исчезли с лица земли, а тропические леса приближаются к этой роковой черте.   Поэтому всем нам надо тщательно контролировать свое воздействие на окружающую среду в целом и может быть изменить свое взаимодействие с ней. Нельзя забывать, что, во-первых, по закону лимитирующих факторов даже единственный фактор, не соответствующий зоне оптимума, уже приводит к стрессу и угрозе для организма, и во-вторых, изменение любого, биотического или абиотического фактора вызывает цепную реакцию с далеко идущими последствиями.   Сейчас человеческая экосистема находится в стадии быстрого роста, тем не менее мы не в состоянии ни изменить закона лимитирующих факторов, ни избежать их воздействия. В значительной степени мы поддерживаем собственное существование за счет эксплуатации водных, почвенных и энергетических ресурсов. Когда они истощаются, неизбежно будут социальные конфликты, войны и голод, чреватые разрушением цивилизации.   Общее число принципов, правил и законов экологии достаточно велико. Ю. Одум в книге «Основы экологии» перечисляет 66 основных экологических принципов и концепций. В экологическом энциклопедическом словаре приводится 50 научных законов, 38 правил и 36 принципов, связанных с экологией. Общее число экологических закономерностей достигает 250. Весь этот массив теоретических знаний, безусловно, интересен и необходим для специалистов. Но в рамках данного курса остановим внимание только на 4 законах экологии, сформулированных еще в 1926 г. Б.Коммонером. Они просты и в то же время достаточно точно определяют принципы, на базе которых можно строить гармонирующие с окружающей средой производство и потребление, обеспечивать экологическую безопасность социальных и экономических программ общества.

Читайте также:  Почва в природе - биология

   1. Первый закон: все связано со всем.

   Закон утверждает, что все экологические системы являются взаимонастраивающимися и взаимоуравновешенными, обращает внимание на всеобщую связь процессов и явлений природы и близок по смыслу к закону внутреннего динамического равновесия.    В случае каких-то отклонений в каком-либо звене сложной экологической системы она в целом стабилизируется благодаря своим динамическим самокомпенсирующим свойствам. Однако диапазон возможных отклонений для каждой экосистемы имеет определенные границы, поэтому при сильных отклонениях может произойти ее разрушение. Допустимые отклонения, не приводящие к драматической развязке, определяются сложностью системы и ее кинематическими параметрами (скоростью круговорота, скоростью метаболизма различных популяций, входящих в экосистему, и т.п.). Чем сложнее экосистема, тем выше ее устойчивость к воздействию внешних факторов. Разрушение отдельных звеньев приводит к упрощению экосистем и к их большей «ранимости», так как в этом случае в экосистеме, напоминающей взаимоувязанные в сеть ячейки, нарушение дополнительных связей, соединяющих узлы сети, вызывает ее прогрессирующее ослабление.   Иллюстрацией разрушения экосистемы может служить нарушение процесса кислородного обмена в воде, вызываемого эвтрофикацией и связанного с повышенным содержанием в водоеме питательных веществ. Последние стимулируют рост водорослей, плотный слой которых начинает препятствовать проникновению в нижние слои воды света, необходимого для фотосинтеза. Количество отмирающих растений возрастает, и весь растворенный кислород уходит на их разложение, что приводит к гибели разлагающих водоросли бактерий, существование которых без кислорода невозможно.   Таких примеров в природе много. Как правило, разрушение какого-то одного звена является началом гибельной цепочки. Поэтому в своей хозяйственной деятельности человек должен стремиться сохранить равновесие в природных экосистемах. И первый закон природы нацеливает на это.

   2. Второй закон: все должно куда-то деваться. Это следствие закона сохранения материи. Природа давно «осознала», что несоответствие между наличием и доступностью химических элементов в земной коре, с одной стороны, и потребностями живых организмов, с другой, породило в биосфере проблему дефицита некоторых элементов и привело к ограничению живого вещества на Земле.

   Единственным выходом из этого положения оказалось использование биогенных элементов по типу круговоротов. В настоящее время биогенные элементы земной коры охвачены глобальными и локальными круговоротами, причем движущей силой являются сами живые вещества. Эффективность этих круговоротов очень высока. В природе продукты жизнедеятельности одних организмов служат «сырьем» для других. Человек находится практически в таком же положении, и объективно его хозяйственная деятельность должна быть построена по типу тех же круговоротов. Вместе с тем общество в этом плане действует весьма неэффективно. И если в природе практически нет отходов, то в хозяйственной деятельности человека они составляют, как отмечалось выше, 98—99 %. Технологические отходы из-за их огромных объемов и «чужеродности» «не вписываются» в природные экосистемы и загрязняют их.   Появление элементов, не участвующих в метаболизме, приводит к тяжелым последствиям. Ртуть, кадмий, ряд полимеров и многие другие элементы и соединения накапливаются по различным цепочкам в живых организмах, в том числе и в организме человека, что чрезвычайно опасно. Попав в организм, эти вещества могут вызвать самые неожиданные последствия, в том числе тяжелейшие заболевания и даже его гибель.

   3. Третий закон: природа «знает» лучше. Пока мы не имеем абсолютно достоверной информации о механизмах и функциях природы, мы, подобно человеку, незнакомому с устройством часов, но желающему их починить, легко вредим природным системам, пытаясь их улучшить.

Этот закон призывает к предельной осторожности. Один лишь математический расчет параметров биосферы требует безмерно большего времени, чем весь период существования нашей планеты как твердого тела. Потенциально осуществимое разнообразие природы оценивается числами порядка от 10¹ººº до 10²º.

При быстродействии ЭВМ (10¹º операций в секунду) и работе невероятного числа машин (10¹º) операция вычисления одномоментной задачи варианта из 105º разностей займет 10³º секунд или 3-10²¹ лет, что почти в 10¹² раз дольше существования жизни на Земле.

Природа пока знает лучше, что надо делать, а люди должны решать, как это сделать возможно лучше.

Согласно этому закону, любое крупное антропогенное изменение природной системы вредно для нее, ибо система прошла несравненно более длительную эволюцию, чем период развития цивилизации, и усовершенствовалась до уровня тончайшего механизма, в котором любая деталь играет определенную и незаменимую роль.

   4. Четвертый закон: ничто не дается даром. Б.Коммонер признавался, что позаимствовал этот закон из излюбленной экономистами сказки — легенды о неком нефтяном магнате, точнее о его мудром экономисте. Сказка о мудром экономисте гласит, что однажды один нефтяной магнат решил, что его новоиспеченное богатство нуждается в руководстве экономической науки, и тогда он приказал своим советникам под угрозой смерти создать ряд томов, содержащих всю мудрость экономики. Когда тома были готовы, у магната не хватило терпения читать их, и он отдал новый приказ — изложить все экономические знания в одном томе. И так эта история продолжалась до тех пор, пока от советников не потребовали, если они хотят жить, свести всю экономическую науку к одной единственный фразе. Таково происхождение закона «ничто не дается даром».    В экологии так же, как и в экономике, этот закон призван подчеркнуть, что в природе всякая вещь чего-то стоит, потому что любая экосистема представляет собой единое целое, в рамках которой ничего нс может быть потеряно: все, что было извлечено из нее человеческим трудом, должно быть возмещено. Платежа по этому векселю избежать нельзя — он может быть только отсрочен. За все нужно платить. Экологические счета имеют одну особенность — отсрочка их оплаты обходится очень дорого. Проценты приходится оплачивать жизнями и здоровьем людей, «страданиями» всей природной среды.    Исходя из перечисленных законов экологии хозяйственная деятельность человека не должна приводить к нарушению каких-то звеньев экосистемы, а если какие-то нарушения произошли, то они должны быть устранены. К счастью, есть альтернативный путь. Первые шаги по этому пути делаются. К ним относятся создание заповедных территорий, строгие правила землепользования, охрана природы, контроль за загрязнением среды.

Вопросы для самоконтроля:

Источник: http://allformgsu.ru/publ/ehkologija/antropogennye_vozdejstvija_na_ehkosistemy/23-1-0-134

Антропогенные экосистемы

В ходе исторического развития человеческого общества, в конкурентной борьбе за выживание человек начал создавать в природной среде антропогенные экосистемы. На современном этапе человечество для удовлетворения своих все возрастающих потребностей изменяет и разрушает природные экосистемы. При этом большая часть человечества проживает в искусственных антропогенных экосистемах.

Изначальной движущей силой любой экосистемы является энергия.

Энергетические ресурсы экосистемы могут быть неисчерпаемыми – солнце, ветер, приливы и исчерпаемыми – топливно-энергетическими (уголь, нефть, газ и т.п.).

Используя топливо, человек может добавлять энергию в экосистему или даже полностью снабжать ее энергией. На основе энергетических особенностей выделяют четыре типа экосистем:

1) природные, движимые солнечной энергией, несубсидируемые;

2) природные, движимые солнечной энергией, субсидируемые другими естественными источниками;

3) движимые солнечной энергией и субсидируемые человеком;

4) индустриально-городские, движимые энергией топлива.

Два первых типа экосистем относятся к природным, третий и четвертый являются антропогенными.

К первому типу экосистем относятся, например, открытые океаны, крупные участки горных лесов, большие глубокие озера.

Эти экосистемы весьма различны, но все они получают мало энергии и имеют низкую продуктивность, нередко в них наблюдается нехватка элементов питания и воды. В таких экосистемах поддерживается низкая плотность организмов, но они чрезвычайно важны, т.к.

занимают огромные площади (один лишь океан покрывает 70% площади Земного шара. Они являются основой, стабилизирующей и поддерживающей жизнеобеспечивающие условия на планете.

Ко второму типу относятся экосистемы, использующие дополнительные природные источники энергии. Прибрежная часть эстуария – хороший пример природной экосистемы с дополнительной энергией приливов, прибоя и течения.

Приливы и течения способствуют более быстрому круговороту минеральных элементов и перемещению пищи и отходов, поэтому эстуарии более плодородны, чем прилегающие участки суши, получающие то же количество солнечной энергии.

Вспомогательная энергия, увеличивающая продуктивность, может поступать в самых разнообразных формах, например, в тропическом дождевом лесу – в форме ветра и дождя, в небольшом озере – в форме потока воды из ручья.

Природные экосистемы существуют без всяких затрат со стороны человека, более того, в них создается заметная доля пищевых продуктов и других материалов, используемых человеком. Но главное, именно в них очищаются большие объемы воздуха, возвращается в оборот пресная вода, формируется климат и др.

Совсем иначе работают антропогенные экосистемы. К третьему типу экосистем относятся агроэкосистемы, производящие продукты питания и другие материалы. Они существуют, используя не только энергию Солнца, но и дотации ее в форме горючего, поставляемого человеком.

Эти экосистемы похожи на природные, поскольку рост и развитие культурных растений – процесс природный, осуществляемый за счет солнечной энергии. Но подготовка почвы, сев, уборка урожая и др. основаны на энергетических субсидиях человека.

От природных экосистем агроэкосистемы в первую очередь отличаются упрощением, снижением видового разнообразия.

Принципиально по другому обстоит дело с экосистемами четвертого типа, индустриально-городскими системами.

Здесь энергия топлива полностью заменяет солнечную энергию, и по сравнению с потоком энергии в природных экосистемах расход ее в городских экосистемах на два-три порядка выше.

Город напоминает такие экологические системы, как пещерные, глубоководные и иные биогеоценозы, зависящие в основном от поступления в них энергии и веществ извне. Они полностью или частично лишены продуцентов и поэтому называются гетеротрофными.

Источник: https://3ys.ru/ekologiya-i-okhrana-prirody/antropogennye-ekosistemy.html

Ссылка на основную публикацию