Экосистема — это система или группа взаимосвязанных элементов, которая образовалась из взаимодействия объединения организмов с окружающей средой. Это сокращённое обозначение от словосочетания “экологическая система”.
Экосистема — это любая система или сеть взаимосвязанных и взаимодействующих элементов, как, например, в бизнесе.
Это слово произошло от сочетания двух греческих слов Οικος (дом/жилище) + Σύστημα (система).
Артур Тенсли (британский ботаник, преподаватель университета и эколог) считается первым, кто использовал это слово в 1930–1935 годах. Он же был одним из первых в мире экологов.
Что именно создаёт экосистему, так это совокупность индивидуальной физико-химической среды (биотопа) с объединением живых организмов (биоценозом). Артур Тенсли представил данную формулировку: биотоп + биоценоз = экосистема.
Изображение водной экосистемы
Экосистема и биогеоценоз
“Экосистема” и “биогеоценоз” — это не синонимы, они лишь близки по значению. Биогеоценоз — экосистема в границах фитоценоза.
Фитоценоз — растительное сообщество, совокупность совместно существующих организмов на одном участке земной поверхности.
Экосистема — это более общая концепция. Любой биогеоценоз — экосистема, но не любая экосистема — биогеоценоз.
Виды экосистем
Состав экосистем зависит от нескольких факторов, таких как геологические условия, климат, влияние человека.
Природные и искусственные
По степени вмешательства человека экосистемы делятся на природные и искусственные.
Естественные (природные) экосистемы
Развиваются под воздействием природы, человек может влиять на них, однако несущественно. Примерами таких систем можно назвать: леса (не засаженные человеком), мангровые заросли, коралловые рифы и т. д.
Коралловый риф, остров Хавелок, Андаманские острова
Антропогенные (искусственные) экосистемы
Формируются человеком в процессе его хозяйственной деятельности (например: сельскохозяйственные посевы, лесопосадки, стройка городов, организация ферм устриц).
Аквакультура в заливе в западной Греции
(аквакультура — разведение/содержание водных особей: рыб, водорослей и т. д.).
Автотрофные и гетеротрофные экосистемы
Естественные и искусственные экосистемы могут быть автотрофные и гетеротрофные. Различие в источнике энергии, который по большей части обеспечивает их жизнедеятельность.
Автотрофные экосистемы
Существуют преимущественно на энергетическом самообеспечении. Они делятся на фотоавтотрофные (использующие солнечную энергию за счёт своих продуцентов-фотоавтотрофов) и хемоавтотрофные (потребляющие химическую энергию за счёт продуцентов-хемоавтотрофов).
Большинство экосистем являются фотоавтотрофными. Например, человек вносит энергию в сельскохозяйственные экосистемы (они тоже являются фотоавтотрофными), которая именуется антропогенной (горючее для тракторов или удобрения и т. п.), но её роль не имеет большого значения по сравнению с применённой экосистемой солнечной энергии.
Развитие естественных хемоавтотрофных экосистем происходит в подземных водах. Человек производит антропогенные хемоавтотрофные экосистемы из микроорганизмов (грибов и бактерий).
Гетеротрофные экосистемы
- Потребляют преимущественно химическую энергию, которую приобретают от органических веществ либо от энергетических устройств, произведённых людьми.
- Экосистема океанических глубин, куда не доходит солнечный свет, является примером естественной гетеротрофной экосистемы.
- Микроорганизмы и животные, которые находятся в ней, живут и питаются “питательным дождём” (остатки организмов и трупы, которые упали на дно, из озарённой солнцем автотрофной океанической экосистемы).
Антропогенные гетеротрофные экосистемы бывают очень разные. Например, промышленные предприятия или города.
По линиям электропередач в них поступает энергия, по нефтепроводам и газопроводам, в цистернах, вагонах.
Подобные экосистемы извлекают долю энергии благодаря зелёным растениям, но она несущественна по сравнению с энергией, приобретённой извне.
К таким экосистемам также принадлежат:
- биологические очистные сооружения, где микроорганизмы разлагают органические вещества, в частности установки по сбраживанию навоза;
- фабрики по вермикультивированию (фабрики по разведению дождевых червей), которые трансформируют органическое вещество, такое как солома, опилки или навоз;
- плантации шампиньонов (для выживания им необходим органический субстрат и тепло);
- рыборазводные пруды и другие.
Наземные экосистемы и водные
Абсолютно все экосистемы на Земле делятся на наземные экосистемы и водные.
Наземные экосистемы
Наземные экосистемы также именуются биомами. Это главные экосистемы суши: пустыни, степи, леса и т. д. Наиболее значительные отличия между этими экосистемами на различных территориях мира формулируются разнообразными факторами: соотношениями средней температуры, типом почв, среднегодовым количеством осадков.
Взаимодействие этих разнообразных факторов служит причиной к формированию умеренных, тропических и полярных вариантов лесных, пустынных и травянистых экосистем.
Хвойный лес рядом со скалами
Водные экосистемы
Это экосистемы гидросферы. Эти экосистемы отличаются между собой средней температурой воды, количеством растворённых питательных веществ (солёностью воды) и глубиной проникновения солнечных лучей.
Примеры водных экосистем: реки, озёра, коралловые рифы, болота, степные блюдца и др.
Ильменское озеро, на Южном Урале
Экотон
Это переходящая территория между двумя соприкасающимися экосистемами. Зачастую и большие, и малые экосистемы не имеют точных рубежей.
Болото на Воттовааре;
Барьер, где болото соприкасается с лесом, и есть экотон.
Таким образом, экотон содержит виды деструкторов, растений и животных из обеих соседних экосистем. Нередко происходит, что в экотоне встречаются виды живых организмов, которые не существуют в соседних экосистемах.
В итоге экотон имеет в своём наличии большее разнообразие организмов, чем в соприкасающихся территориях.
Макроэкосистема, мезоэкосистема, микроэкосистема
Экологические системы также различаются по своему размеру.
Макроэкосистема
Система огромного размера, которая состоит из множества небольших систем. Примерами таких систем будут: океан, пустыня или субтропический лес. Все они населены тысячами видов животных, растений и бактерий, нужных для её исправного функционирования.
Мезоэкосистема
Этот вид экосистем уже не очень большого размера. Примерами таковых будут: система отдельно рассматриваемого пруда или лесного массива, либо же система одной изолированной поляны.
Микроэкосистема
Микроэкосистема — это система малых размеров. Она работает в миниатюре и имитирует функционирование других экосистем большого размера. Примерами таких систем будут: сад в бутылке, аквариум, лужа (она населена множеством микроорганизмов), труп животного и т. д..
Структура экосистемы
- Структура экосистемы — это в основном описание организмов и физических особенностей среды, включая количество и распределение питательных веществ в определённой среде обитания.
- Также предоставляется информация о диапазоне климатических условий, преобладающих на данной территории.
- Все экосистемы состоят из следующих основных компонентов:
- абиотические компоненты;
- биотические компоненты.
Абиотические компоненты
Экологические отношения проявляются в физико-химической среде. Абиотический компонент экосистемы включает основные неорганические элементы и соединения.
Климатические факторы
Включает в себя такие физические факторы, как влажность, воздушные потоки и солнечная радиация. Лучистая энергия солнца является единственным существенным источником энергии для любой экосистемы.
Эдафические (почвенные) факторы
Почвенные факторы включают в себя рельеф, кислотность почвы, минерализацию и т. д.
Биотические компоненты
Биотические компоненты включают в себя все живые организмы, присутствующие в экологической системе.
С точки зрения питания биотические компоненты могут быть разделены на три основные группы:
- автотрофы (продуценты);
- гетеротрофы (консументы);
- сапротрофы (редуценты).
Автотрофы (продуценты)
Это все зелёные растения, которые используют солнечную энергию и производят еду (органические вещества) из неорганических веществ. Это синезелёные водоросли и некоторые микроорганизмы.
Гетеротрофы (консументы)
Включают тех, которые питаются готовыми органическими веществами, берут пищу от автотрофов: всеядные, травоядные и хищники.
Сапротрофы (редуценты)
Для питания они уничтожают мёртвые органические соединения растений (продуцентов) и животных (консументов), выбрасывают в окружающую среду простые, органические и неорганические вещества, которые были произведены как побочный продукт их метаболизма. Это бактерии и грибы.
Замкнутая экосистема
Это экосистема, в которой не ожидается какой-либо обмен веществ со средой за её пределами.
Опыт с садом в бутылке Дэвида Латимера
Британец Дэвид Латимер провёл великолепный опыт с садом в бутылке. Он посадил его в 1960 году и не поливал с 1972 года, но садик продолжает процветать в своей замкнутой экосистеме.
Посаженные им внутрь выносливые традесканции выросли, заполнив почти 40-литровый контейнер, выжив на всём переработанном: воздухе, питательных веществах и воде.
Дэвид Латимер сказал, что бутыль стоит в 1,5-2 метрах от окна, чтобы растение получало немного солнца. Оно растёт в сторону солнечного света, поэтому его нужно периодически разворачивать, чтобы оно росло равномерно.
Также Дэвид Латимер сказал, что он никогда не подрезал растение, но выглядит так, будто оно выросло до пределов бутылки.
Как работают сады в бутылках
- Сады в закрытых бутылках действуют, потому что их герметичное пространство создаёт абсолютно самостоятельную экосистему, в которой растения могут выжить, используя фотосинтез для утилизации питательных веществ.
- Единственное, что необходимо из внешней среды — солнечный свет, поскольку он обеспечивает его энергией, необходимой для создания собственной пищи, а значит и продолжения роста.
Свет, который попадает на листья растения, поглощается белками, содержащими хлорофиллы (зелёный пигмент).Часть этой световой энергии хранится в форме аденозинтрифосфата (АТФ), молекулы, которая хранит энергию.
Остальная часть используется для удаления электронов из воды, поглощаемой из почвы через корни растения. Эти электроны затем используются в химических реакциях, которые превращают углекислый газ в углеводы, высвобождая кислород.
- Этот процесс фотосинтеза является противоположным клеточному дыханию, которое происходит в других организмах (включая людей), где углеводы, содержащие энергию, реагируют с кислородом для получения углекислого газа, воды и высвобождения химической энергии.
- Но экосистема также использует клеточное дыхание для разрушения разлагающегося материала, которое оставляет растение.
- В этой части процесса бактерии внутри почвы (сада в бутылке) поглощают отходы кислорода растения и выделяют углекислый газ, который растущее растение может повторно использовать.
- И, конечно, ночью, когда нет солнечного света для фотосинтеза, растение также будет использовать клеточное дыхание, чтобы поддерживать себя в живых, разбивая сохранённые питательные вещества.
- Поскольку сад в бутылке является закрытой средой, это означает, что его водный цикл также является автономным процессом.
- Вода в бутылке поглощается корнями растения, высвобождается в воздух во время транспирации, конденсируется в почвосмеси, где цикл начинается снова.
Биосфера-2
“Биосфера-2” в пустыне Сонора, штат Аризона
Ещё в конце 1980-х годов был начат проект “Биосфера-2”. Учёные задались вопросом, смогут ли они воспроизвести экосистемы Земли.
Для этого они построили среду с закрытой системой 12.000 м² в пустыне Сонора, за пределами города Тусон, штат Аризона.
- Подразумевается, что Биосфера-1 — Земля, так команда объяснила цифру “2” в названии проекта.
- Идея состояла в том, чтобы проверить, смогут ли они воссоздать экосистемы Земли в закрытой среде, чтобы люди могли выжить в космосе в течение длительного времени.
- 26 сентября 1991 года 8 человек-добровольцев (4 мужчины и 4 женщины) ради эксперимента были оторваны от мира и закрыты в “Биосфере-2”.
- Они собирались жить внутри этого сооружения на протяжении двух лет, поддерживая контакт с окружающим миром лишь через компьютер.
- Однако в самом начале эксперимента одна из “биосферцев” получила травму, из-за чего ей пришлось сразу же покинуть её новый дом.
- Потом, спустя около года, оставшиеся жители-добровольцы “Биосферы-2″стали замечать, что количество кислорода почему-то стало резко падать.
- И учёным пришлось закачивать кислород из внешней среды, таким образом, конечно, ни о какой чистоте этого эксперимента уже не могло быть и речи.
Следом у них начались проблемы с выращиванием еды чтобы себя прокормить. Начались проблемы сплочённости: маленькая группа разделилась на два лагеря. Опасаясь за жизнь “биосферцев”, учёные были вынуждены прекратить эксперимент.
В марте 1994 года была предпринята вторая попытка заселить людей на “Биосферу-2”. Эта группа решила некоторые проблемы, возникшие у первой, однако из-за разногласий внутри команды миссия закончилась спустя шесть месяцев.
На данный момент “Биосфера-2” принадлежит Аризонскому университету, который восстановил там свои исследования в 2011 году.
Антропогенные экосистемы – примеры и характеристика — Природа Мира
Антропогенные экосистемы возникают в результате деятельности человека.
Люди модифицируют естественные природные экосистемы, оказывая на них косвенное влияние, или целенаправленно изменяют их в соответствии со своими интересами.
Для удовлетворения определённых потребностей создаются полностью искусственные экосистемы. В данной статье мы расскажем о видах антропогенных экосистем и о том, какие функции они выполняют.
Городские экосистемы
Такие системы созданы искусственно, что обусловлено необходимостью больших групп людей обеспечить себя жильём, благоустроить территорию вокруг и сделать свой быт максимально удобным и комфортным. Для этого люди строят не только жилые дома, школы, больницы, торговые центры и т.п., но и различные промышленные объекты, а также создают рекреационные зоны, предназначенные для отдыха и развлечения городских жителей.
Урбосистемы возникают на месте природных экосистем, разрушая их и полностью изменяя ландшафт, видовой состав растений и животных.
Такая система нуждается в постоянном поступлении ресурсов извне, для её нормального функционирования необходимо ископаемое топливо, вода, продукты питания, производимые в сельскохозяйственных экосистемах, и энергия.
Солнечная энергия при этом практически не используется и даже наносит определённый вред городским экосистемам, нагревая бетонные здания, асфальтовые дороги и прочее, что приводит к увеличению смога. В современных условиях энергию городам обеспечивает главным образом сжигаемое топливо.
Постоянное активное потребление природных ресурсов и энергии в городах приводит к увеличению массы отходов. К ним относятся пыль, соединения тяжёлых металлов, продукты от сжигания топлива и прочие вредные вещества, загрязняющие атмосферу.
В результате этого повышенная концентрация токсикантов оказывает негативное воздействие на здоровье людей, что в некоторых случаях становится причиной развития онкологических заболеваний. Кроме того, в городских экосистемах происходит увеличение объема твёрдых веществ, которые накапливаются на зданиях и различных твёрдых поверхностях.
Рост промышленных и бытовых отходов приводит к увеличению площадей мусорных полигонов, для строительства которых приходится задействовать природные экосистемы, полностью разрушая их.
Одной из важнейших характеристик урбосистемы является её неравновесность.
Если природные экосистемы способны самосохраняться и самовосстанавливаться, то город не сможет функционировать без постоянного воздействия людей.
Даже городские лесопарковые зоны, окультуренные человеком, утратили способность к автономному развитию и поэтому нуждаются в поддержке, чтобы находиться в состоянии равновесия.
Значительное место в антропогенных системах занимают транспортные сооружения и транспорт. Железные и автомобильные дороги, порты, аэродромы, автозаправки и т.д.
предоставляют возможность передвижения различным видам транспорта как внутри города, так и за его пределами, обеспечивая взаимосвязь и обмен грузами между населенными пунктами.
Вместе с тем, поддержание деятельности транспортной системы и её функционирование требуют огромных энергетических затрат, а также приводят к существенному загрязнению окружающей среды.
Сельскохозяйственные экосистемы
Агросистемы создаются для получения продуктов питания, технологического сырья и лекарственных средств. К ним относятся поля, огороды, сады, парки, искусственные пастбища, форелевые хозяйства и т. д.
От природных экосистем агроценозы отличаются неустойчивостью, неспособностью к саморегуляции. Для поддержания равновесия в такой экосистеме требуется вмешательство человека. Кроме того, все агросистемы нуждаются в дополнительной энергии, одной лишь солнечной им недостаточно. И здесь им снова не обойтись без воздействия людей.
Также характерной чертой агросистемы является относительная бедность видового состава растений и животных.
Это хорошо видно на следующем примере: человек, решивший на своём огороде посадить картофель, вытесняет те растения, которые изначально росли на данной территории.
В процессе ухода за выращиваемым овощем, он избавляется от сорняков, опрыскивает свои растения различными химическими растворами, чтобы уничтожить насекомых, отгоняет птиц и прочих животных, способных навредить корнеплоду.
Следующий этап – сбор урожая, и здесь проявляется ещё одна особенность агроценоза. Человек, выкапывая из земли картофель, нарушает естесственный круговорот веществ. В природных экосистемах органические остатки находятся в почве, тем самым обогащая её. Для восполнения питательных веществ в искусственной экосистеме человек регулярно добавляет в почву минеральные и органические удобрения.
Культивируемые людьми животные и растения сильно отличаются от своих диких сородичей. В процессе эволюции они теряют способность конкурировать с ними, поскольку очень сильно зависят от человека. Так, выпущенная на волю домашняя корова, скорее всего, долго не проживёт. Даже если это произойдёт летом, и пропитание она добудет себе самостоятельно, то противостоять хищникам она вряд ли сможет.
Агроценозы жизненно необходимы человеку, но вместе с тем они разрушают природные экосистемы. Для их создания вырубаются леса, осушаются болота, на больших территориях производится распашка земель. Большинство животных вынуждено уходить с привычных мест обитания, некоторые из них погибают во время сельскохозяйственных работ. Растительный покров практически полностью уничтожается.
Другая проблема, которая возникает в результате деятельности агросистем, – загрязнение окружающей среды. Вредные вещества при использовании химических удобрений и пестицидов попадают в почву, грунтовые воды и водоёмы.
От действия ядовитых соединений гибнут не только паразиты, для которых они предназначались, но и полезные организмы. Стоки жизнедеятельности животных отравляют реки и озера, поскольку являются источником многочисленных заболеваний.
Таким образом, нарушаются естественные природные процессы, что в конечном итоге негативно сказывается не только на флоре и фауне, но и на человеке.
Не все нашли? Используйте поиск по сайту ↓
Лекция 20. Антропогенные экосистемы
-
1. Понятие и
классификация антропогенных экосистем -
2. Классификация
и особенности агроэкосистем -
3. Круговорот
веществ и потоки энергии в агроэкосистеме -
1. Понятие и
классификация антропогенных экосистем
Антропогенные
экосистемы – это сообщества людей,
находящихся в тесной взаимосвязи со
средой обитания.
К антропогенным
экосистемам относят урбоэкосистемы
(индустриально-городские), агроэкосистемы
(сельскохозяйственные), транспорт и
транспортные коммуникации, замкнутые
пространства обитаемых космических
кораблей и глубоководных аппаратов.
Урбосистемы
(индустриально-городские)
– искусственные системы (экосистемы),
возникающие в результате развития
городов, и представляющие собой средоточие
населения, жилых зданий, промышленных,
бытовых, культурных объектов и т.д.
В их
составе можно выделить следующие
территории: промышленные зоны, где
сосредоточены промышленные объекты
различных отраслей хозяйства и являющиеся
основными источниками загрязнения
окружающей среды; селитебные зоны (жилые
или спальные районы) с жилыми домами,
административными зданиями, объектами
быта, культуры и т.п.; рекреационные
зоны, предназначенные для отдых людей
(лесопарки, базы отдыха и т.п.); транспортные
системы и сооружения, пронизывающие
всю городскую систему (автомобильные
и железные дороги, метрополитен,
заправочные станции, гаражи, аэродромы
и т.п.). Существование урбоэкосистем
поддерживается за счет агроэкосистем
и энергии горючих ископаемых и атомной
промышленности.
2. Классификация и особенности агроэкосистем
Агроэкосистема
(agros
(греч.) – поле)
– это искусственно созданная и
поддерживаемая человеком экосистема,
предназначенная для производства
сельскохозяйственной
продукции.
Согласно
типизацииФАО, выделяют
пять типов агроэкосистем:
1. Земледельческие
или полевые.
2. Плантационно-садовые.
3. Пастбищные.
4. Смешанные,
характеризующиеся сочетанием нескольких
видов землепользования.
5. Агропромышленные
экосистемы – территории интенсивного
«индустриализированного» производства
молока, мяса, яиц и другой продукции на
основе преобладающих процессов снабжения
системы веществом и энергией извне.
Отличия агроэкосистем
от естественных экосистем:
1. Незначительное
видовое разнообразие, которое резко
снижено в результате действий человека
для получения максимальной биомассы
какого-то одного продукта;
2. Устойчивость
агроэкосистем поддерживается человеком.
Смена растительных сообществ происходит
в результате замены одного вида
культурного растения другим;
-
3. Короткие цепи
питания (урожай–человек); -
4. Неполный круговорот
веществ (часть питательных элементов
выносится из агроэкосистем с урожаем); -
5. Регулярное
изъятие биологической продукции
восполняется соответствующей агротехникой
(посевом семян, внесением удобрений,
обработкой почвы);
6. Источником
энергии является не только солнце, но
и деятельность человека. Агроэкосистемы
получают вспомогательную энергию в
виде мышечных усилий человека или
животных, а также мелиорации, орошения,
применения удобрений, использования
сельскохозяйственной техники;
7. Искусственный
отбор (действие естественного отбора
ослаблено, отбор осуществляет человек).
Как
и естественные экосистемы, агроэкосиситемы
состоят из абиотической части (биотопа)
и биотической части (биоценоза).
Абиотические условия (климат и почвенные
условия) определяют характер агроэкосистем,
т.е. биоценоз.
В них, так же как и в
естественных сообществах, имеются
продуценты (культурные растения и
сорняки), консументы (насекомые, птицы,
мыши т. д.) и редуценты (грибы и бактерии).
Обязательным звеном пищевых цепей в
агроэкосистемах является человек,
выступающий консументом 1 и 2 порядка.
Агроэкосистемы
отличаются высокой биологической
продуктивностью и доминированием одного
или нескольких избранных видов (сортов,
пород) растений или животных.
Высокая
продуктивность сельскохозяйственных
культур обусловлена также использованием
эффекта высокой продуктивности
раннесукцессионных сообществ, функция
сельскохозяйственного производителя
– поддержание данного сообщества на
ранних сукцессионных этапах.
Повышение
устойчивости агробиоценозов – это еще
один путь повышения их продуктивности.
Оно тесно связано с правильным
использованием агротехнических приемов,
т.е. с химизацией с/х, механизацией,
мелиорацией.
Путями повышения устойчивости
агробиоценозов являются: создание и
использование сортов устойчивых к
вредителям, выращивание культур,
соответствующим почвенно-климатическим
условиям данного района (т.е.
районированных),
увеличение разнообразия видов и сортов
в агробиоценозах.
Антропогенные экосистемы
Эпоха цивилизации, особенно ее последние столетия, ознаменована не только быстрым ростом населения, созданием сложных технических систем, но и созданием антропогенных экосистем. Классическим примером таких систем являются города.
Практически любой город является гетеротрофной экосистемой, получающей энергию и вещество с местности, находящейся за его пределами. Жизнедеятельность индустриального города невозможна без притока огромного количества энергии: примерно 0,7 МДж/(ч • м2).
Энергия образуется в результате сжигания различных энергоносителей (газ, мазут, каменный уголь), а также поступает в виде электроэнергии, полученной за пределами города.
В основном вся эта энергия в конечном итоге превращается в тепловую и лишь небольшая часть — в энергию химических связей различных соединений (химических волокон, пластмасс и т.д.) (рис. 4.14).
Тепловая энергия рассеивается в окружающем город пространстве и частично уходит за него со стоками (температура стоков зачастую достигает 40—50 °С). В результате в городах несколько теплее и больше облачность, чем в соседней сельской местности.
Города имеют зеленые насаждения: деревья, газоны, клумбы, кустарники, растения в водоемах, которые относятся к продуцентам. Вместе с тем их первичная органическая продукция в снабжении города веществом и энергией играет крайне незначительную роль. «Зеленый пояс» городов имеет в основном эстетическое и рекреационное (лат.
recreatio — отдых, выздоровление) значение, уменьшает колебания температуры, поглощает шум, уменьшает загрязнение воздуха. Там поселяются сообщества птиц и мелких животных. На содержание и восстановление зеленых насаждений города затрачивается определенная энергия.
Так, для содержания 1 м2 аккуратного газона требуются затраты энергии до 2 МДж в год.
Рис. 4.14. Город — антропогенная гетеротрофная экосистема
С^> Поток энергии С^> Поток вещества
Город производит товары, услуги, культурные ценности, которые потребляются не только городским, но и сельским населением.
Одновременно город является основным источником вредных выбросов: твердых, жидких и газообразных.
В результате в городах появился ряд экологических проблем, не свойственных сельской местности: недостаток чистой воды и чистого воздуха, высокая концентрация вредных веществ в почве.
Площадь суши, занятая городами, невелика (не более 5%). Несмотря на это, города оказывают существенное влияние на обширные прилегающие территории.
Газообразные выбросы загрязняют прилегающие территории, площадь которых почти в 10 раз превышает площадь города. Жидкие загрязняющие вещества достигают Мирового океана, изменяя его химический состав. Огромные территории за городом заняты под твердые отходы.
Тем не менее наблюдается постоянный рост городского населения и увеличивается площадь, занимаемая городами.
Следует отметить, что без огромных поступлений энергии, воды и пищи извне город существовать не может. Важнейшую роль в функционировании города играет поступающая энергия. Город как переуплотненный биоценоз без притока энергии может обойтись очень непродолжительное время.
Без энергии перестанут работать водопровод, канализация, прекратится вывоз твердых отходов, начнется интенсивное загрязнение территории города, а затем и эпидемии, особенно в летнее время, жители начнут покидать город, поэтому первостепенной задачей для обеспечения функционирования такого переуплотненного биоценоза, каким является город, становится обеспечение его энергией.
К антропогенным экосистемам относятся также агроэкосистемы — искусственно созданные и постоянно поддерживаемые человеком экосистемы, предназначенные для получения сельхозпродукции {поля, огороды, сады, комплексы по выращиванию животных с прилегающими пастбищами и т.д.
)- В отличие от городов значительную долю в агроэкосистемах составляют продуценты.
По сравнению с естественными экосистемами (лес, луг), которые используют только энергию Солнца, агроэкосистемы получают также и дополнительную энергию при выполнении различных работ людьми, животными, машинами, механизмами, в виде удобрений, ядохимикатов, воды для орошения.
Для получения максимума чистой валовой продукции животные и растения подвергаются искусственному отбору, снижается их разнообразие. Так, 30 пищевых растений составляет 95% от массы всей нашей растительной пищи. Из них больше всего используются пшеница, кукуруза, рис и картофель [29, с. 174].
Характерной особенностью агроэкосистем является их малая экологическая устойчивость при высокой урожайности, как правило, одной культуры или высокой продуктивности животных.
Если прекращается приток к ним вещества и энергии, то агроэкосистемы быстро деградируют и уступают место естественным экосистемам. Так, если не убрать пшеничное поле и прекратить его дальнейшую обработку (вспашку, засевание и т.д.
), то через несколько лет пшеница с него будет полностью вытеснена, а на смену придут естественные фитоценозы.
По способу производства агроэкосистемы делят на два типа: доинду- стриальпые и интенсивные.
Доиндустриальные агроэкосистемы используют дополнительную энергию, получаемую в результате мышечных усилий человека и домашних животных.
Незначительная часть энергии поступает с минеральными удобрениями, а также возвращается вместе с органическими удобрениями (навоз, компост).
Такие системы имеются в подсобных домашних хозяйствах России и Беларуси, в крестьянских хозяйствах Китая, Индии, стран Африки и Латинской Америки и других стран, где производят продукты в основном для своей семьи и частично поставляют на местный рынок.
Интенсивные агроэкосистемы производят товарную продукцию в виде сырья для дальнейшей промышленной переработки. При этом они получают огромный приток энергии в виде выполняемой сельхозмашинами работы, удобрений и т.д.
Данные агроэкосистемы характерны для стран Западной Европы и Северной Америки, достаточно развиты они в России и Беларуси. В настоящее время интенсивные агроэкосистемы обеспечивают питанием основную часть населения Земли.
Зачастую доиндустриальные агроэкосистемы называют примитивными и отсталыми. Конечно, по сравнению с индустриальными системами они производят значительно меньше продукции с единицы площади почвы.
Вместе с гем эти агроэкосистемы значительно лучше гармонируют с природными экосистемами и почти в 15 раз потребляют меньше энергии на единицу произведенной продукции, чем индустриальные агроэкосистемы.
В будущем, видимо, следует ожидать изменений в способах получения пищи в агроэкосистемах.
Много написано фантастических произведений, посвященных длительным космическим путешествиям людей. Космический корабль, предназначенный для обитания в нем людей десятки и сотни лет, должен представлять собой искусственную экосистему, содержащую все основные атрибуты природной экосистемы Земли.
При этом необходимо решить главнейшую задачу по обеспечению круговорота веществ. Как известно, в природных экосистемах нет отходов. По сути дела происходит бесконечное использование абиотических веществ живыми организмами.
Так должно быть и на космическом корабле, так как пополнение запасов минералов в космосе, например с астероидов, является делом достаточно сложным и проблематичным.
Рис. 4.15. Объемы атмосферы и океана, приходящиеся на 1 м2 суши
В настоящее время космические орбитальные станции снабжены системами жизнеобеспечения, которые даже отдаленно не напоминают природные экосистемы. В них осуществляется лишь частичная регенерация воды и воздуха физико-химическими методами. Такие системы могут функционировать только при получении дотаций энергии и вещества с Земли.
В биосфере Земли огромную роль играют демпфирующие возможности атмосферы и океана. Они стабилизируют многие экологические факторы, например климат, температуру, влажность воздуха. На 1 м2 суши нашей планеты приходится 1260 м3 воздуха атмосферы и более 8300 м3 воды Мирового океана (рис. 4.15).
Атмосфера и океан также играют роль накопителей различных веществ, которые используются в круговороте; так, в атмосфере накапливается кислород и углекислый газ, используемые живыми организмами в процессе жизнедеятельности. Кроме того, Мировой океан является крупнейшим накопителем и перераспределителем преобразованной в тепловую солнечной энергии [37, с. 629—643].
В США проводились эксперименты по созданию миниатюрной модели биосферы в условиях Земли. Результаты таких экспериментов скорее отрицательные, чем положительные.
Создание модели в космосе не только значительно сложнее, но и дороже, поэтому сегодня и в обозримом будущем биосфера Земли для человека является единственным «домом» и сберечь ее для потомков — главная сегодняшняя задача человечества.
Подводя итог сказанному в четвертой главе, надо отметить следующее. Жизнь в биосфере достаточно четко структурирована и имеет три иерархических надорганизменных уровня: популяция, биоценоз и экосистема.
В последние 100—150 лет человек оказал существенное влияние на большинство природных популяций, причем в сторону уменьшения их численности. В результате некоторые виды живых организмов исчезли, многие находятся под угрозой исчезновения.
Исчезающие виды заносятся в особые перечни — Красные книги и находятся под защитой государств и мирового сообщества.
Популяции обособленно существовать не могут, они вступают во взаимоотношения с другими популяциями, образуя тем самым многовидовые сообщества живых организмов — биоценозы.
По участию в биогенном круговороте веществ биоценозы содержат три группы организмов: продуценты, консументы и редуценты. Продуценты из простых неорганических соединений синтезируют сложные органические вещества, которые консументы используют в качестве питания.
Редуценты разлагают мертвое органическое вещество до исходных неорганических соединений, которые опять вовлекаются в круговорот.
Популяции, биоценозы, обмениваясь с окружающей неорганической средой веществом и энергией, образуют с ней единое целое, называемое экосистемой.
Экосистемы (луг, лес, озеро) не имеют четко очерченных границ, что в основном связано с возможностью перемещения живых организмов в пространстве, поэтому в экологии чаще всего изучаются крупные экосистемы — биомы. Выделяют три группы биомов: сухопутные, морские и пресноводные.
В эпоху цивилизации человеком созданы искусственные экосистемы: города и агроэкосистемы. Они неустойчивы и требуют постоянного притока вещества и энергии извне.
Самой крупной экосистемой Земли является биосфера, которая в прошлом, настоящем и обозримом будущем остается для человека единственным местом обитания. Сохранение биосферы во всем ее многообразии для потомков — главная задача человечества.
Особенности антропогенных экосистем
Антропогенные экосистемы, как правило, оказываются весьма далёкими 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 бездумная эксплуатация природных ресурсов зачастую ведёт 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 XX 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 учёта 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 равновесных 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 ёмкость 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 тяжёлую борьбу, длящуюся с переменным успехом уже несколько тысячелетий.
Третий тип антропогенных экосистем — большие города, мегаполисы и целые урбанизированные территории. Экологически эти системы абсолютно неустойчивы, и равновесие здесь может существовать только за счёт огромных затрат труда, энергии и материалов.
Невозможно предсказать, как пойдёт сукцессия подобных систем, если прекратится их искусственная поддержка. По счастью, полномасштабные опыты такого рода пока не проводились, а ограниченные «эксперименты», проведённые 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 угнетённые деревья в городских скверах и на оживлённых 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 посаженых 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 счёт неурбанизированных регионов.
Загрузка...
